CN114685200A - 一种桃树废弃物的降解方法 - Google Patents

一种桃树废弃物的降解方法 Download PDF

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CN114685200A CN202011606968.0A CN202011606968A CN114685200A CN 114685200 A CN114685200 A CN 114685200A CN 202011606968 A CN202011606968 A CN 202011606968A CN 114685200 A CN114685200 A CN 114685200A
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Beijing Reclaimed Water Huafeng Biology Technology Co ltd
Beijing University of Agriculture
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Abstract

本发明涉及一种桃树废弃物的降解方法，包括：将桃枝粉碎成桃枝碎末；向桃枝碎末中加入水、碳源和复合降解菌剂进行发酵；其中，复合降解菌剂包括由枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌液、酵母菌(saccharomyces)菌液、沼泽红假单胞菌(Photosynthetic Bacteria)菌液、固氮菌(Azotobacter sp.)菌液和木霉菌(Trichoderma spp.)复合降解菌液以及吸附剂。本发明的桃枝降解方法，具有快速降解桃枝的作用，经试验证明，其在80‑90天，可将桃枝中的木质素含量由25.1％左右降至12.7以下％，纤维素含量由12％左右降至7％以下。

Description

一种桃树废弃物的降解方法
技术领域
本发明涉及生态环境保护领域，尤其涉及一种桃树废弃物的降解方法。
背景技术
木质素广泛存在于几乎所有的植物类生物质材料中，是植物细胞壁的重要组成部分。木质素在自然界中的含量仅次于纤维素，其为结构复杂的天然高分子化合物，是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键对接而成的聚酚类三维网状高分子化合物，研究证实其共有三种基本结构单元，即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。木质素在全世界每年产量越有600万亿吨。其是造纸工业和木材水解工业的副产品，也是农作物废弃枝干叶中难降解的物质。制浆造纸工业每年要从植物中分离大约1.4亿吨的纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素产品。
而全球每年农作物废弃枝干的产量约为20亿吨以上，我国占5亿吨。以作为著名的产桃基地的平谷为例，其平均每年生产淘汰的废弃桃枝就有约15万吨以上。由于木质素的分子量大、结构复杂，桃枝的木质化程度又高，因此其自然降解速率极为缓慢，给地区环境造成了不小的影响。
从很早之前，国内外学者便开始了对木质素降解技术的研究，涉及的物理法、化学、物理化学法，要么降解速率不高，要么容易造成环境污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中木质素的不易处理、降解速率低的技术问题。
根据本发明，提供一种桃树废弃物的降解方法，包括以下步骤：将桃枝粉碎成桃枝碎末；向桃枝碎末中加入水、碳源和复合降解菌剂进行发酵，发酵的环境温度为15-38℃，发酵时间为80-90天。
其中，复合降解菌剂包括由枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、酵母菌(saccharomyces)、沼泽红假单胞菌(Photosynthetic Bacteria)、固氮菌(Azotobactersp.)和木霉菌(Trichoderma spp.)和吸附剂构成的复合降解菌剂，其中复合降解菌液中，枯草芽孢杆菌菌液的菌株含量为3.60×109个/克以上，酵母菌菌液的菌株含量为3.6×109个/克以上，沼泽红假单胞菌菌液的菌株含量为2.40×109个/克以上，固氮菌菌液的菌株含量为1.8×109个/克以上，木霉菌菌液的菌株含量为3.60×109个/克以上，复合降解菌剂中的总菌数>4.5×109/g。。
其中，所述复合降解菌液与所述吸附剂的质量为1:2，桃枝碎末：水：尿素：复合降解菌剂＝4-5:3-5:0.015：0.005-0.01。
其中，发酵方式为自然通风堆肥发酵。
从上料当天开始，同时记录环境温度和堆体温度，每日清晨测量温度，当堆体温度达到60℃以上时，开始第一次翻堆，此后，每日早、中、晚各测量一次堆体温度和水分，堆体温度超过60℃则翻堆一次，堆体含水率低于50％，则补充物料水分到含水率60％。
其中，桃枝碎末的尺寸为05-2.5cm，所述碳源为尿素，所述吸附剂为草炭或者蛭石。
其中，枯草芽孢杆菌菌液是由枯草芽孢杆菌活化后，接种在枯草芽孢杆菌培养基中富集而得到，其中1L枯草芽孢杆菌培养基中包含玉米粉30g、豆粕35g、NaCL 5g，其余为1L蒸馏水；其中富集条件为，净化空气，增氧使溶解氧保持5PPM以上；发酵温度为37℃。
其中，酵母菌菌液是由将酵母菌活化后，接种在酵母菌培养基中富集而得到，其中1L培养基中包含淀粉40克、琼脂15g，其余为1L蒸馏水；富集条件为，发酵温度为25-28℃、pH值为4-6、净化空气，增氧使溶解氧保持4PPM以上。
其中，木霉菌菌液由木霉菌活化后，接种在霉菌培养基中富集而得到，其中1L培养基中包括20％马铃薯汁1L、磷酸二氢钾3g、硫酸镁1.5g、葡萄糖20g；富集条件为：保持发酵温度28℃，通入净化空气，增氧，使溶解氧保持5PPM以上。
其中，沼泽红假单胞菌菌液由沼泽红假单胞菌活化后，接种在沼泽红假单胞菌培养基中富集而成；其中1L沼泽红假单胞菌培养基中包含玉米粉30g、磷酸二氢钾1g、硫酸镁0.5g，其余为1L蒸馏水；其富集条件为：发酵温度30℃、光照强度4000-5000lux。
其中，固氮菌菌液由固氮菌活化后，接种在固氮菌培养基中富集而成；其中1L固氮菌培养基中包含葡萄糖10g、磷酸二氢钾1g、硫酸镁0.2g、硫酸钙0.2，其余为1L蒸馏水；其富集条件为：通入净化后的空气，保持发酵温度为25-28℃。
本发明中，经试验证明，上述五种菌种通过富集和混合，枯草芽孢杆菌和木霉菌在沼泽红假单胞菌、固氮菌和酵母菌的共同作用下，产生了协同增效的作用。试验证明，该配置下的枯草芽孢杆菌和木霉菌对桃枝中的木质素和纤维素的降解速率均有大幅提升。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的桃树废弃物的降解方法，具有快速降解桃枝的作用，经试验证明，其在80-90天，可将桃枝中的木质素含量由25.1％左右降至12.7以下％，纤维素含量由12％左右降至7％以下。
具体实施例
下面将更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然下述显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明中，使用的菌种的原始来源如下：
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，购于北京百纳创联生物技术研究院，保藏于北纳生物微生物菌种保藏中心，保藏编号是BNCC193111。
酵母菌(saccharomyces)，购于北京百纳创联生物技术研究院，保藏于北纳生物微生物菌种保藏中心，保藏编号是BNCC336054。
使用的沼泽红假单胞菌，购于北京百纳创联生物技术研究院，保藏于北纳生物微生物菌种保藏中心，保藏编号是BNCC336448。
使用的固氮菌(Azotobacter sp.)购于北京百纳创联生物技术研究院，保藏于北纳生物微生物菌种保藏中心，保藏编号是BNCC335805。
使用的木霉菌(Trichoderma spp.)购于北京百纳创联生物技术研究院，保藏于北纳生物微生物菌种保藏中心，保藏编号是BNCC189286。
实施例1富集培养基
1、枯草芽孢杆菌培养基的成分如下：
1L培养基中包含玉米粉30g、豆粕35g、NaCL 5g，其余为1L蒸馏水。
2、酵母菌培养基的成分如下：
酵母菌培养基的成分为：1L培养基中包含淀粉40克、琼脂15g，其余为1L蒸馏水。
3、沼泽红假单胞菌培养基的成分如下：
沼泽红假单胞菌培养基的成分为：1L培养基中包含玉米粉30g、磷酸二氢钾1g、硫酸镁0.5g，其余为1L蒸馏水。
4、固氮菌培养基的成分如下：
固氮菌培养基的成分为：1L培养基中包含葡萄糖10g、磷酸二氢钾1g、硫酸镁0.2g、硫酸钙0.2，其余为1L蒸馏水。
5、木霉菌培养基的成分如下：
木霉菌培养基的成分为：1L培养基中包括20％马铃薯汁1L、磷酸二氢钾3g、硫酸镁1.5g、葡萄糖20g。
实施例2富集过程
1、枯草芽孢杆菌的富集过程：将购买的枯草芽孢杆菌菌剂解冻，接入到筛选培养基中培养，从中挑出生长茁壮的菌落再次划线接种，反复筛选4～5次，得到生长良好的菌落。选取与筛选培养基同样的成分作为富集培养基，挑取生长良好的菌落接入富集培养基中，进行富集发酵培养。发酵培养条件为,净化空气，增氧使溶解氧保持5PPM以上；发酵温度为37℃。得到枯草芽孢杆菌发酵液。
2、酵母菌的富集过程：将购买的酵母菌菌剂解冻，接入到筛选培养基中培养，从中挑出生长茁壮的菌落再次划线接种，反复筛选4～5次，得到生长良好的菌落。选取与筛选培养基同样的成分作为富集培养基，挑取生长良好的菌落接入富集培养基中，进行富集发酵培养。富集发酵条件为：发酵温度为25-28℃、pH值为4-6、净化空气，增氧使溶解氧保持4PPM以上。得到酵母菌发酵液。
3、沼泽红假单胞菌的富集过程：将购买的沼泽红假单胞菌菌剂解冻，接入到筛选培养基中培养，从中挑出生长茁壮的菌落再次划线接种，反复筛选4～5次，得到生长良好的菌落。选取与筛选培养基同样的成分作为富集培养基，挑取生长良好的菌落接入富集培养基中，进行富集发酵培养。富集发酵的条件为：富集发酵条件为：发酵温度30℃、光照强度4000-5000lux。得到沼泽红假单胞菌发酵液。
4、固氮菌的富集过程：将购买的固氮菌菌剂解冻，接入到筛选培养基中培养，从中挑出生长茁壮的菌落再次划线接种，反复筛选4～5次，得到生长良好的菌落。选取与筛选培养基同样的成分作为富集培养基，挑取生长良好的菌落接入富集培养基中，进行富集发酵培养。富集发酵的条件为：通入净化后的空气，保持发酵温度为25-28℃。得到固氮菌发酵液。
5、木霉菌的富集过程：将购买的木霉菌菌剂解冻，接入到筛选培养基中培养，从中挑出生长茁壮的菌落再次划线接种，反复筛选4～5次，得到生长良好的菌落。选取与筛选培养基同样的成分作为富集培养基，挑取生长良好的菌落接入富集培养基中，进行富集发酵培养。富集发酵条件为：保持发酵温度28℃，通入净化空气，增氧，使溶解氧保持5PPM以上。得到木霉菌发酵液。
实施例3复合降解菌剂的制备
将得到的枯草芽孢杆菌发酵液、酵母菌发酵液、沼泽红假单胞菌发酵液、固氮菌发酵液和木霉菌发酵液，分别进行稀释涂布计数，选取枯草芽孢杆菌3.60×109个，酵母菌3.6×109个，沼泽红假单胞菌2.4×109个，固氮菌1.8×109个，木霉菌3.60×109个加配营养液，配置成1g复合降解菌液。
将吸附剂50目过筛，按照与复合降解菌液为2:1的比例添加，制成固体状的复合降解菌剂,复合菌剂的总菌数>4.5×109/g。(吸附剂为草炭或者蛭石)。
下面将通过表格的形式，示例性地展示本发明涉及的微生物复合降解菌液的组成。需要说明的是，下述表格所示的微生物复合降解菌液并非代表该微生物复合降解菌液的全部实施方案，本发明的微生物复合降解菌剂所要求的权利要求保护范围应以权利要求最终的限定为准。
表1：1g微生物复合降解菌液的组成(单位：株)
Figure BDA0002872062910000051
Figure BDA0002872062910000061
实施例4一种桃树废弃物降解方法
将收集的桃树枝进行粉碎，经过粗粉机、细粉机依次粉碎成0.5-2.5cm的桃枝屑。对桃树枝除尘，并使用超声波灭菌器进行灭菌。将灭菌后的桃枝屑放入无菌的发酵装置中，加入水润胀，并补入作为碳源的尿素，最后均匀撒入实施例3制备的复合降解菌剂，其中桃枝屑、水、尿素和复合降解菌剂的加入比例为5:5:0.015：0.01。在环境温度15-38℃、常压的环境下，自然通风发酵。发酵条垛的尺寸为长10米，宽2.5米，高1.2米。在发酵第三日翻堆一次；在发酵第四到第十四日，每日翻堆一到两次，在发酵第十日补水一次、在发酵第十五日至第二十四日，每日翻堆一次，二十四日补充一次水分。发酵条垛内部温度范围为19-78℃。90天(2019.5.19-2019.8.17)后，进行木质素和纤维素含量的再次测定。
根据国家标准GB/T 35818-2018林业生物质原料分析方法多糖与木质素含量的测定，对降解发酵前后的桃枝屑的木质素含量进行测定。结果显示，未降解前，桃枝屑的木质素含量为25.3％，降解后，桃枝屑的木质素含量为12.4％。未降解前，桃枝屑的纤维素含量为12％，降解后的纤维素含量为6.1％。
实施例5一种桃树废弃物降解方法
将收集的桃树枝进行粉碎，经过粗粉机、细粉机依次粉碎成0.5-2.5cm的桃枝屑。将桃枝屑放入发酵装置中，加入水润胀，并补入作为碳源的尿素，最后均匀撒入实施例3制备的复合降解菌剂，其中桃枝屑、水、尿素和复合降解菌剂的加入比例为5:4:0.015：0.01。在环境温度15-38℃、常压的环境下，自然通风发酵。发酵条垛的尺寸为长10米，宽2.5米，高1.2米。在发酵第三日翻堆一次；在发酵第四到第十四日，每日翻堆一到两次，在发酵第十日补水一次、在发酵第十五日至第二十四日，每日翻堆一次，二十四日补充一次水分。发酵条垛内部温度范围为20-75℃。90天(2019.5.19-2019.8.17)后，进行木质素和纤维素含量的再次测定。
根据国家标准GB/T 35818-2018林业生物质原料分析方法多糖与木质素含量的测定，对降解发酵前后的桃枝屑的木质素含量进行测定。结果显示，未降解前，桃枝屑的木质素含量为25.1％，降解后，桃枝屑的木质素含量为12.1％。未降解前，桃枝屑的纤维素含量为12％，降解后的纤维素含量为6.0％。
实施例6一种桃树废弃物降解方法
将收集的桃树枝进行粉碎，经过粗粉机、细粉机依次粉碎成0.5-2.5cm的桃枝屑。将桃枝屑放入发酵装置中，加入水润胀，并补入作为碳源的尿素，最后均匀撒入实施例3制备的复合降解菌剂，其中桃枝屑、水、尿素和复合降解菌剂的加入比例为5:3:0.015：0.01。在环境温度15-38℃、常压的环境下，自然通风发酵。发酵条垛的尺寸为长12米，宽2.0米，高1.0米。在发酵第三日翻堆一次；在发酵第四到第十四日，每日翻堆一到两次，在发酵第十日补水一次、在发酵第十五日至第二十四日，每日翻堆一次，二十四日补充一次水分。发酵条垛内部温度范围为19-78℃。90天(2019.5.19-2019.8.17)后，进行木质素和纤维素含量的再次测定。
根据国家标准GB/T 35818-2018林业生物质原料分析方法多糖与木质素含量的测定，对降解发酵前后的桃枝屑的木质素含量进行测定。结果显示，未降解前，桃枝屑的木质素含量为25.1％，降解后，桃枝屑的木质素含量为12.7％。未降解前，桃枝屑的纤维素含量为12％，降解后的纤维素含量为7.0％。
实施例7一种桃树废弃物降解方法
将收集的桃树枝进行粉碎，经过粗粉机、细粉机依次粉碎成0.5-2.5cm的桃枝屑。将桃枝屑放入发酵装置中，加入水润胀，并补入作为碳源的尿素，最后均匀撒入实施例3制备的复合降解菌剂，其中桃枝屑、水、尿素和复合降解菌剂的加入比例为4:3:0.015：0.01。在环境温度15-38℃、常压的环境下，自然通风发酵。发酵条垛的尺寸为长15米，宽2.8米，高1.5米。在发酵第三日翻堆一次；在发酵第四到第十四日，每日翻堆一到两次，在发酵第十日补水一次、在发酵第十五日至第二十四日，每日翻堆一次，二十四日补充一次水分。发酵条垛内部温度范围为20-70℃。80天(2019.5.19-2019.8.07)后，进行木质素和纤维素含量的再次测定。
根据国家标准GB/T 35818-2018林业生物质原料分析方法多糖与木质素含量的测定，对降解发酵前后的桃枝屑的木质素含量进行测定。结果显示，未降解前，桃枝屑的木质素含量为25.0％，降解后，桃枝屑的木质素含量为11.7％。未降解前，桃枝屑的纤维素含量为12.3％，降解后的纤维素含量为6.4％。
对比例1
在实施例2制备的菌液中，选取与实施例3制备的复合降解菌剂含有数目相同的枯草芽孢杆菌和木霉菌复配，制成复合降解菌剂X1。采用与实施例4相同的试验方式，对同一批等量的批桃枝屑进行发酵处理。保持其他发酵条件相同，并使用相同的方法进行检测。经检测，降解前，桃枝屑的木质素含量为25.1％，降解后，桃枝屑的木质素含量为20.87％。未降解前，桃枝屑的纤维素含量为12.3％，降解后纤维素的含量为9.7％。
对比例2
在实施例2制备的菌液中，选取与实施例3制备的复合降解菌剂含有数目相同的酵母菌、沼泽红假单胞菌和固氮菌复配，制成复合降解菌剂X2。采用与实施例4相同的试验方式，对同一批等量的桃枝屑进行发酵处理。保持其他发酵条件相同，并使用相同的方法进行检测。经检测，降解前，桃枝屑的木质素含量为25.1％，降解后，桃枝屑的木质素含量为22.73％。未降解前，桃枝屑的纤维素含量为11.9％，降解后纤维素的含量为10.5％。
对比例3
不加入任何复合降解菌剂，采用与实施例4相同的试验方式，对同一批等量的桃枝屑进行发酵处理。保持其他发酵条件相同，并使用相同的方法进行检测。经检测，降解前，桃枝屑的木质素含量为25.0％，降解后，桃枝屑的木质素含量为22.54％。未降解前，桃枝屑的纤维素含量为11.7％，降解后纤维素的含量为10.7％。
对比例4
选用广州市微元生物科技有限公司生产的秸秆还田腐熟剂作为降解菌剂，对同一批等量的桃枝屑进行发酵处理。保持其他的发酵条件与实施例4相同，并使用相同的方法进行检测。经检测，降解前，桃枝屑的木质素含量为24.8％，降解后，桃枝屑的木质素含量为21.1％。未降解前，桃枝屑的纤维素含量为12.1％，降解后纤维素的含量为8.8％。
对比例5
选取实施例2制备的所有菌液，再次进行复配。保持复配后的枯草芽孢杆菌和木霉菌数目与实施例3相同，降低酵母菌、沼泽红假单胞菌和固氮菌的数目为0.5×109个/克，制成复合降解菌剂X3。采用与实施例4相同的试验方式，对同一批等量的桃枝屑进行发酵处理。保持其他发酵条件相同，并使用相同的方法进行检测。经检测，降解前，桃枝屑的木质素含量为24.9％，降解后，桃枝屑的木质素含量为20.77％。未降解前，桃枝屑的纤维素含量为12.3％，降解后纤维素的含量为9.56％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种桃树废弃物的降解方法，其特征在于，包括以下步骤：
将桃枝粉碎成桃枝碎末；
向所述桃枝碎末中加入水、碳源和复合降解菌剂进行发酵，发酵的环境温度为15-38℃，发酵时间为80-90天；
其中，所述复合降解菌剂包括复合降解菌液以及吸附剂，其中所述复合降解菌液中，包含有菌株含量为3.60×109个/克以上枯草芽孢杆菌菌液、菌株含量为3.60×109个/克的酵母菌菌液，菌株含量为2.40×109个/克以上的沼泽红假单胞菌菌液的，菌株含量为1.80×109个/克以上的固氮菌菌液，以及菌株含量为3.60×109个/克以上的木霉菌菌液，所述复合降解菌剂中的总菌数>4.5×109/g。
2.如权利要求1所述的降解方法，其特征在于，
其中，所述复合降解菌液与所述吸附剂的质量为1:2，所述桃枝碎末、所述水、所述有机肥以及所述复合降解菌剂的加入质量比为4-5:3-5:0.015：0.005-0.01。
3.如权利要求1所述的降解方法，其特征在于，
发酵方式为自然通风堆肥发酵。
4.如权利要求3所述的降解方法，其特征在于，发酵步骤包括：
从上料当天开始，同时记录环境温度和堆体温度，每日清晨测量温度，当堆体温度达到60℃以上时，开始第一次翻堆，此后，每日早、中、晚各测量一次堆体温度和水分，堆体温度超过60℃则翻堆一次，堆体含水率低于50％，则补充物料水分到含水率60％。
5.如权利要求1所述的降解方法，其特征在于，
所述桃枝碎末的尺寸为0.5-2.5cm，所述碳源为尿素，所述吸附剂为草炭或者蛭石。
6.如权利要求1所述的降解方法，其特征在于，
所述枯草芽孢杆菌菌液是由枯草芽孢杆菌活化后，接种在枯草芽孢杆菌培养基中富集而得到，其中1L枯草芽孢杆菌培养基中包含玉米粉30g、豆粕35g、NaCL 5g，其余为1L蒸馏水；
其中富集条件为，净化空气，增氧使溶解氧保持5PPM以上；发酵温度为37℃。
7.如权利要求1所述的降解方法，其特征在于，
所述酵母菌菌液是由将酵母菌活化后，接种在酵母菌培养基中富集而得到，其中1L培养基中包含淀粉40克、琼脂15g，其余为1L蒸馏水；
富集条件为，发酵温度为25-28℃、pH值为4-6、净化空气，增氧使溶解氧保持4PPM以上。
8.如权利要求1所述的降解方法，其特征在于，
所述木霉菌菌液由木霉菌活化后，接种在霉菌培养基中富集而得到，其中1L培养基中包括20％马铃薯汁1L、磷酸二氢钾3g、硫酸镁1.5g、葡萄糖20g；
富集条件为：保持发酵温度28℃，通入净化空气，增氧，使溶解氧保持5PPM以上。
9.如权利要求1所述的降解方法，其特征在于，
所述沼泽红假单胞菌菌液由沼泽红假单胞菌活化后，接种在沼泽红假单胞菌培养基中富集而成；其中1L沼泽红假单胞菌培养基中包含玉米粉30g、磷酸二氢钾1g、硫酸镁0.5g，其余为1L蒸馏水；其富集条件为：发酵温度30℃、光照强度4000-5000lux。
所述固氮菌菌液由固氮菌活化后，接种在固氮菌培养基中富集而成；其中1L固氮菌培养基中包含葡萄糖10g、磷酸二氢钾1g、硫酸镁0.2g、硫酸钙0.2，其余为1L蒸馏水；其富集条件为：通入净化后的空气，保持发酵温度为25-28℃。
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