CN1431312A - 复合生物表面活性剂及其在堆肥中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合微生物产生的复合生物表面活性剂及其应用。本发明所述的复合菌为铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌及少量地衣芽孢杆菌、不动杆菌等。复合菌在以橄榄油为碳源的培养基中发酵培养，产生高浓度的复合生物表面活性剂添加剂，将这种复合生物表面活性剂添加剂及其菌体加入一般生活垃圾有机堆肥原料中，通过降低堆肥原料中有机颗粒的界面张力，增加各类堆肥菌体与有机颗粒的亲合性，并提供适合微生物生长的界面液膜，加快微生物对有机颗粒的同化作用，从而缩短堆肥时间，提高堆肥效率。

Description

复合生物表面活性剂及其在堆肥中的应用
技术领域：本发明涉及一种表面活性剂，具体涉及微生物产生的生物表面活性剂。
背景技术：目前我国城市生活垃圾处理的一个重要手段是堆肥，也就是对生活垃圾中可生物降解的有机物部分进行生物分解，并使之稳定化和无害化。在堆肥过程中，微生物对有机物的分解是在间隙中垃圾颗粒表面的一层液态膜中进行的。因此，反应体系内垃圾颗粒间隙的物化条件对堆肥结果有很重要的影响。鉴于垃圾颗粒间隙是微生物反应的生态微环境，如何改善这个微环境，使之更有利于微生物对有机垃圾的分解反应，是提高垃圾堆肥处理效率的关键之一。
改善介质物化条件的传统方法有：控制堆肥***的C/N比、温度、湿度、氧气、空隙率等。这些手段在堆肥过程中的应用是必要的，但这些方法的主旨均在于改善物质传输或有利于微生物生长，而在改良微生物与介质的相互作用以及直接促进微生物对难降解有机物的分解过程却难有作为。一些具有特殊结构的物质(如表面活性剂)的加入将是改善微生物反应生态微环境的有益尝试，然而，现有的“传统表面活性剂”对垃圾中的微生物有毒性；而“绿色表面活性剂”则太容易被微生物优先降解，从而失去其作为表面活性剂的意义。因此，研制一种既对垃圾中微生物没有毒性，又能在垃圾中不易被优先降解的表面活性剂则是需要解决的问题。
发明内容：本发明旨在研制一种复合生物表面活性剂，来改善生活垃圾中有机堆肥原料颗粒界面液膜，最大可能的为微生物的反应提供优良的表面环境，从而加速微生物对有机物的分解。
本发明采用以下技术方案实现上述发明目的。
复合生物表面活性剂是从富含腐殖质的土壤中经富集培养得到的铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌以及少量地农芽孢杆菌、不动杆菌等复合菌经发酵培养产生的含有鼠李糖脂、脂肽、以及少量的脂肪酸的有机颗粒界面改良剂，其表面张力值为33～36mN/m。产生生物表面活性剂的复合菌发酵培养是在温度35～38℃，搅拌速度500～700转/分，通气量为1.2～1.6vvm，pH值6.5～7.0的条件下进行，接种量为5～8％，培养基为：Na2HPO40.25～0.30g/L，KH2PO41.0～1.2g/L，NH4NO32.8～3.2g/L，K2SO40.35～0.4g/L，MgSO4·7H2O0.13～0.16g/L，CaCl2·2H2O0.02～0.03g/L，FeSO4·7H2O0.035～0.04g/L，NaCl0.08～0.12g/L，酵母膏0.40～0.60g/L，微量元素溶液0.8～1.2mL/L，橄榄油8～12g/L。
复合生物表面活性剂的应用，是将该复合生物表面活性剂用作生活垃圾的堆肥化过程，将产生的复合生物表面活性剂的复合菌发酵液与待处理生活垃圾均匀混合，复合菌发酵液的用量为垃圾重量的0.3～0.8％。
附图说明：
图1实验样与对比样原料总重随时间变化曲线；
图2实验样与对比样C在干物质中的含量随时间变化图；
下面进一步详述本发明。
复合微生物菌种是从山上含腐殖质丰富的表层土壤样中分离纯化得到的，应分别在20厘米以下，10厘米处和表层土壤取样。也可从石油厂、粮油厂、食堂附近被油脂深度污染的土壤中取样。
将采集到的土壤样制成土壤稀释液，然后接种到通过正交实验得到的最优富集培养基中进行培养。此富集培养基具有适合表面活性剂产生菌生长，并抑制普通菌种生长的功能。富集培养基成分主要为各种菌类生长的必需元素、微量元素、极少量酵母膏。其主要成分见表1。
           表1富集培养基成分表(单位：g/L)
    Na2HPO4KH2PO4NH4NO3K2SO4MgSO4·7H2O     0.25～0.301.0～1.22.8～3.20.35～0.40.13～0.16     CaCl2·2H2OFeSO4·7H2ONaCl酵母膏pH     0.02～0.030.035～0.040.08～0.120.40～0.606.3～6.7
高集培养基中微量元素溶液的加入量为1mL/L，主要成分见表2。
           表2微量元素溶液成分表(单位：μg/L)
  KICoCl2·6H2ONa2MoO4·2H2OCuSO4·5H2O   0.830.0480.0480.125   H3PO4MnSO4·4H2OZnCl2   0.010.2230.287
将接种了土壤样的富集培养基置于恒温空气浴震荡培养箱中培养1～2天后，有明显菌体产生，然后接种到富集培养基加入橄榄油的基本培养基中(橄榄油的加入量为8～12g/L)，置于恒温空气浴震荡培养箱继续培养，并且每24小时采样，用自动界面张力仪测表面张力值。表面张力值低于36mN/m的培养物确定为具有较强生物表面活性剂生产能力的复合菌。
培养条件均为：温度37℃，转速220转/分，三角瓶装液量为20％。
将上述发酵液进行常用的琼脂平板划线分离法进行初步分离纯化。琼脂平板的主要成分见表3。
           表3琼脂平板培养基主要成分表(单位：g)
    蛋白胨     15     琼脂粉     20
    牛肉膏     5     蒸馏水     1000
    NaCl     5     pH     7.2
初步纯化后的菌种再进行上述步骤的提纯，最后得到产生生物表面活性剂能力较强的复合菌种，复合菌主要为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)及少量地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、不动杆菌(Acinetobacter sp.)等。该复合菌的发酵液的表面张力值为33～36mN/m。经分析，发酵液中主要含有鼠李糖脂(4.5～6.3g/L)、脂肽(1.1～1.9g/L)及少量的脂肪酸(0.1～0.3g/L)。经测定，复合生物表面活性剂的浓度为临界胶束浓度的28～35倍。
将分离出来的复合菌接种到斜面培养基中4℃保存、备用。斜面培养基的成分为：牛肉膏，2.0g/L；蛋白胨，5.0g/L；NaCl，5.0g/L；琼脂，20.0g/L；pH7.0。
将保存的复合菌培养的种子液接种于发酵罐中进行大规模培养，接种量为5％～8％，种子液与发酵液的培养均为富集培养基加入橄榄油的基本培养基，温度为36～38℃，搅拌转速500～700转/分，通气量为1.2～1.6vvm，控制pH值为6.5～7.0，发酵时间为40～56小时。
将大规模培养的发酵液加入到待处理的垃圾中，使其在垃圾的混合搅拌过程中与垃圾充分混匀，发酵液的施用量为垃圾重量的0.3～0.8％。经添加复合生物表面活性剂的堆肥，可降低堆肥原料中的有机颗粒界面张力，增加堆肥中菌体与有机颗粒的亲和性，提供适合微生物生长的界面液膜。提高有机物的降解速率，以及提高堆肥产物的生物可利用性。
具体实施方式：
1.复合菌发酵液生产：将经种子液培养的复合菌液接种到发酵罐中培养，培养基成分见表4：
             表4发酵培养基成分(g/L)
    Na2HPO4KH2PO4NH4NO3NaClK2SO4MgSO4·7H2O     0.281.143.000.100.360.154     CaCl2·2H2OFeSO4·7H2O酵母膏微量元素溶液橄榄油pH     0.0230.0380.501mL106.8
2.将大规模培养得到的含复合生物表面活性剂的发酵液应用于生活垃圾的堆肥中。
一般生活垃圾一类典型有机成分见表5。
                  表5.中试实验原料成分表
成分   饭粒  绿色蔬菜   水果   马铃薯   肉类
含量(％)   33.7   25.3   16.9   16.9   7.2
C/N   36.14   34.79   36.92   15.28   5.69
将5千克的原料打成粒径小于1.0cm的颗粒，与复合生物表面活性剂发酵液40ml混合均匀后加入反应器。反应过程中，反应器通过水浴加热的方式保持***温度50℃，反应时间为7天。同时设计对比样(未加入生物表面活性剂，其它条件相同)实验。通过测定两种提取样品的表面张力，总C和总N，灰分，含水率等，研究生物表面活性剂对堆肥的作用。
从研究结果发现，原料总重和原料中的总碳降解速率有较大程度的加快，原料总重和C在干物质中的含量变化见表6和图1和图2。
             表6.实验样和对比样原料的降解情况表
时间(天)  原料总重(g)实验样      对比样 C在干物质中的含量(％)实验样       对比样
 01234567  4150.0      4150.03585.7      3722.83323.5      3512.43117.4      3364.03027.9      3176.43011.9      3056.63005.7      3034.93003.8      3015.0  46.61       46.6141.45       42.7940.47       41.6140.18       40.8940.10       40.3140.05       40.2240.03       40.1140.03       40.07
以上事实说明，生物表面活性剂的加入，对一般生活垃圾的有机堆肥过程有一定的促进作用，能够在一定程度上提高降解速率，并且本身能够被降解。这充分说明了生物表面活性剂作为一种新型表面活性剂具有应用于堆肥工业化生产的潜力。

Claims (3)

1.一种复合生物表面活性剂，其特征在于该生物表面活性剂是从富含腐殖质的土壤中经富集培养得到的铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌以及少量地衣芽孢杆菌、不动杆菌等的复合菌经发酵培养产生的含有鼠李糖脂、脂肽、以及少量的脂肪酸的有机颗粒界面改良剂，其表面张力值为33～36mN/m。
2.如权利要求1所述的复合生物表面活性剂，其特征在于产生生物表面活性剂的复合菌发酵培养是在温度35～38℃，搅拌速度500～700转/分，通气量为1.2～1.6vvm，pH值6.5～7.0的条件下进行，接种量为5～8％，培养基为：Na2HPO40.25～0.30g/L，KH2PO41.0～1.2g/L，NH4NO32.8～3.2g/L，K2SO40.35～0.4g/L，MgSO4·7H2O0.13～0.16g/L，CaCl2·2H2O0.02～0.03g/L，FeSO4·7H2O0.035～0.04g/L，NaCl0.08～0.12g/L，酵母膏0.40～0.60g/L，微量元素溶液0.8～1.2mL/L，橄榄油8～12g/L。
3.一种如权利要求1所述的复合生物表面活性剂的应用，其特征在于该复合生物表面活性剂用作生活垃圾的堆肥化过程，将产生的复合生物表面活性剂的复合菌发酵液与待处理生活垃圾均匀混合，复合菌发酵液的用量为垃圾重量的0.3～0.8％。
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