专利名称：黄腐植酸肥料及其制备方法
技术领域：
本发明属于肥料领域，具体而言，本发明涉及黄腐植酸肥料的生产方法，尤其是以糖蜜酒精发酵废液为原料来生产腐植酸肥料。另外，本发明还提供了所述生产方法获得的肥料以及其中所用的试剂等。
背景技术：
在土壤学上，腐植酸是复杂而分子量不均一的羟基苯羧酸的混合物，根据颜色以及溶解性质的不同，可以分成三类，其中可溶于酸、碱和水，且呈黄色溶液的被称为黄腐植酸；不溶于水和酸，但可溶于碱和乙醇，且呈棕色溶液的被称为棕腐植酸；既不溶于酸，也不溶于乙醇或丙酮，但溶于碱溶液中且呈黑色溶液的被称为黑腐 植酸。最初，腐植酸是通过泥炭、褐煤或风化煤提取的，即先溶于0. 2M NaOH溶液中，取溶液部分(通常呈深褐色)加盐酸酸化，溶解的黄色溶液为黄腐植酸，可以用于定量(通常也用黄腐植酸的含量来表征腐植酸的含量)；沉淀部分含有棕腐植酸和黑腐植酸，可以进一步用有机溶剂分离。当前已经有用芽胞杆菌、链霉菌和烟曲霉来从甘蔗制糖残渣来制取腐植酸(参见中国专利申请200910241362. 9)。但是，在制糖和/或联合制糖制酒精(利用制糖后产生的糖蜜废水制酒精)的过程中，产生的最大污染物不是甘蔗残渣这一容易压缩、降解和填埋的固形物，而是糖蜜酒精发酵废液。糖蜜酒精发酵废液是一种腐蚀性(酸性)强的高COD废水，直接排入环境会造成严重的污染。为此，人们研究了将糖蜜酒精发酵废液处理成肥料的方法，以此来变害为宝。例如，中国专利90110379. 9公开了一种制造有机复合肥料的方法，其先将糖蜜发酵废液蒸发浓缩，然后加酸消化，再加入磷酸钙等骨料，其中不利用微生物发酵。但是，由于糖蜜发酵废液本身呈酸性，加酸后PH更低，因此容易造成磷酸钙等骨料被酸化而造成磷的流失，影响肥力。中国专利97112080. 3公开了利用糖蜜酒精废液生产活性有机复合肥料的方法，其将酒精废液、甘蔗渣、滤泥和污泥混合后用空气中和物料本身所携带的自然好氧菌进行发酵，然后加入从生产地点附近采集的腐生性微生物进行发酵。这一方法的最大问题是滤泥、污泥、好氧菌和腐生性微生物的质量难以控制，不稳定的发酵将造成肥料产品的质量不稳定，在产业上难以推广。中国专利01138281. 3公开了利用糖蜜酒精糟(酒精废液)生产有机复混肥的方法，其包括先用氢氧化钠中和，然后蒸发浓缩，再加入石灰熟化，最后与肥料混合，其中不利用微生物发酵。这一方法实际没有降解糖蜜酒精发酵废液中的其他有害废物(如酒精和其他可挥发产物等)的步骤，直接蒸发排入大气，造成处理工厂周边的环境污染。中国专利200310111476. 4公开了用有机肥料的生产方法，利用黑曲霉、绿色木霉、扣囊拟内孢霉、苦草芽孢杆菌和啤酒酵母来对主要由糖蜜酒精废液和蔗渣、滤泥为主的组合物进行发酵。其中，动物有机肥和无机肥的加入量很少。
中国专利200610123838. 5公开了制造液体肥料原料的方法，其核心是对先对糖蜜酒精发酵废液酸化，破坏酵母并使金属盐沉淀，然后加入氨水中和，在加入磷酸调节PH至1-2. 5，取其滤液作为肥料的原料。即使这一方法消耗大量的酸和碱的效率不说，单说最后形成的PH1-2. 5的滤液是酸性极强的液体，本身就难以处理(其腐蚀性就带来了很大的处理难度)，而且期间加入的酸和氨水增加了体积，大大稀释了本身营养成分(浓度)就不很高的废液，更难加以利用了。中国专利200810107403.0公开了糖蜜酒精发酵液用作甘蔗液肥的方法，其实质上就是将糖蜜酒精发酵液稀释后直接喷洒。但是，由于液体运输的不便，如此之多的液体使用仅仅能在糖厂周边使用，较难运输到远方使 用。综上所述，当前还没有成熟的糖蜜酒精发酵废液的处理方法，而且各方法间相去甚远，难以替代使用。然而，本发明人经过长期艰苦研究，令人意外地研究了一整套糖蜜酒精发酵废液的处理方法，在处理糖蜜酒精发酵废液的同时生产肥料，比现有技术更具有优势。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供黄腐植酸肥料的制备方法。另外，本发明还提供了所述生产方法获得的肥料以及其中所用的试剂等。具体而言，在第一方面，本发明提供了制备黄腐植酸肥料的方法，其包括(I)将糖蜜酒精发酵废液通入沉淀池，加入碱调节pH ；(2)静置后分离沉淀和上清液，取上清液同动物粪便、甘蔗残渣和发酵菌剂混合，其中所述发酵菌剂包括存活的产黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、维捏兰德固氮菌(Azotobacter vinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、特异腐质霉(Humicola insolens)、以及块状寡抱根霉(Rhizopus oligosporusvar. tuberosus)；(3)放置发酵步骤(2)得到的混合物，然后加入沉淀继续放置，放置期间搅拌以保持该混合物内部温度为50 60°C ;和(4)干燥步骤(3)得到的发酵产物并造粒。其中，碱优选是NaOH，为了不增加液体体积，优选是NaOH固体或其浓溶液。优选其中，经调节pH值后的糖蜜酒精发酵废液可以进一步蒸发浓缩，提高其中固形物的含量，并最终以呈酸性的形式使用。但是，为了节约能源，在本发明的具体实施方式
中，不进行耗能的蒸发过程。在本文中，糖蜜酒精发酵废液指的是制蔗糖残留的糖蜜经制酒精后留下的废弃物，包括液体和悬浮于其中的沉淀，这是现有常见(如，本文背景部分的文献)的需要无害化处理的废弃物。糖蜜酒精发酵废液最终应当呈酸性使用。尽管按照现有技术，先用碱中和至中性，然后蒸发后再用酸调节至酸性，也涵盖在本发明的范围内。但是，中和至中性会有大量固形物沉淀出来，不利于用本发明的发酵菌剂发酵；而且，这一过程要浪费较多的酸和碱，效率不高。因此，优选在本发明的第一方面中，步骤(I)中直接调节PH至5. 5 5. 9，最优选直接调节pH至5. 8。
优选在本发明的第一方面中，所述发酵菌剂是将产黄纤维单胞菌(CellulomonasfIavigena)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、维捏兰德固氮菌(Azotobactervinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、特异腐质霉(Humicola insolens)、以及块状寡孢根霉(Rhizopus oligosporus var. tuberosus)接种于由甘鹿残洛、动物粪便、豆饼、和鱼粉组成的培养基中活化而得的。上述微生物可以通过商业途径从公共保藏机构购买，也可以委托商业公司根据普通的微生物培养方法培养，然后混合接种于由甘蔗残渣、动物粪便、豆饼、和鱼粉组成的培养基中活化，其中甘蔗残渣、动物粪便、豆饼、和鱼粉的重量比为I 3 0.5 I. 5 I 3 0.5 I. 5，优选为2 : I : 2 : I。活化温度保持在是30±3°C。活化时间视接种量 而定，通常为3 7天，优选为5天。最终产生的发酵菌剂中各菌的含量均应当不小于IO6个/克。在本文中，甘蔗残渣指的是甘蔗制蔗糖后的残渣，是一种需要处理的废弃物。在本文中，动物粪便是牛粪、猪粪或鸡粪之一种或多种的混合物，优选是牛粪。这也是动物饲养场需要无害化处理的废弃物。由于各种废弃物中的成分差别较大，因此相应的重量比例也是很重要的。根据本发明人研究发现，在本发明的第一方面中，上清液、动物粪便、甘蔗残渣和发酵菌剂的重量比为100 1000 500 2000 100 500 1，优选为300 700 600 1000 200 400 1，最优选为500 700 300 I。更优选地，上清液、沉淀、动物粪便、甘蔗残渣和发酵菌剂的重量比为100 1000 100 500 500 2000 100 500 I，优选为 300 700 200 400 600 1000 200 400 1，最优选为 500 300 700 : 300 : I。优选在本发明的第一方面中，其中步骤(3)中放置发酵步骤(2)得到的混合物的时间为I 5天，优选为2 4天，最优选为3天；而步骤(3)中继续放置的时间为10 15天，优选为11 14天，最优选为12天。期间，为了避免内部温度过高，可以通过搅拌装置翻动该混合物，在自然通气状态下带走过多的热量。在第二方面，本发明提供了由本发明第一方面所述的方法制备的黄腐植酸肥料。尽管不添加本发明的发酵菌剂，也能够通过动物粪便和甘蔗残渣等自带的微生物生成有机肥料，但是其中黄腐植酸含量显著低于本发明的黄腐植酸肥料。另外，由于动物粪便和甘蔗残渣等来源复杂，其中的微生物菌群不稳定，造成多次发酵的结果不一致，导致最终肥料的成分(如，黄腐植酸)相差很大(如黄腐植酸含量为8 11%，不同批次可以相差25%之多)，这样不稳定的肥料难以推广应用。而本发明额外添加了发酵菌剂，使得最终肥料的成分(至少是黄腐植酸)稳定，因此可以很容易地与其他肥料(如，化肥)配制成复合肥，便于推广应用。优选在本发明的第二方面中，黄腐植酸肥料含12 13% (重量)的黄腐植酸，优选含12. 4 12. 6% (重量)的黄腐植酸。在第三方面，本发明提供了活化发酵菌剂的方法，其包括将产黄纤维单胞菌(Cellulomonas fIavigena)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、维捏兰德固氮菌(Azotobacter vinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)> 黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、特异腐质霉(Humicola insolens)、以及块状寡孢根霉(Rhizopus oligosporus var. tuberosus)接种于由甘鹿残洛、动物粪便、豆饼、和鱼粉组成的培养基中活化而得的。该方法优选用于本发明第一方面所述的方法中。优选在本发明的第三方面中，甘蔗残渣、动物粪便、豆饼、和鱼粉的重量比为I 3 0.5 I. 5 I 3 0.5 I. 5，优选为2 : I : 2 : I。另外优选在本发明的第三方面中，活化温度保持在是30±3°C，活化时间为3 7天，优选为5天。最终产生的发酵菌剂中各菌的含量均应当不小于IO6个/克。本发明还提供了由本发明的第三方面所述的方法活化的发酵菌剂，其中产黄纤维单胞菌的含量为0. 8x10s 2. OxlO8个/克，干酪乳杆菌的含量为6. OxlO7 I. 2xl08个/克，维涅兰德固氮菌的含量为2. OxlO7 8. OxlO7个/克，豌豆根瘤菌的含量为I. OxlO8
3.OxlO8个/克，黑曲霉的含量为7. 3xl06 8. OxlO6个/克，米曲霉的含量为6. OxlO6
10.OxlO6个/克，特异腐质霉的含量为2. OxlO6 8. OxlO6个/克，而且块状寡孢根霉的含量 为5. OxlO6 7. OxlO6个/克，优选产黄纤维单胞菌的含量为I. OxlO8 I. 7xl08个/克，干酪乳杆菌的含量为8. 2xl07 I. OxlO8个/克，维涅兰德固氮菌的含量为3. 7xl07 5. 5xl07个/克，豌豆根瘤菌的含量为I. 9xl08 2. 2xl08个/克，黑曲霉的含量为7. 7xl06 7. 8xl06个/克，米曲霉的含量为8. IxlO6 9. OxlO6个/克，特异腐质霉的含量为3. 9xl06 5. 3xl06个/克，而且块状寡孢根霉的含量为5. 5xl06 6. 5xl06个/克。根据本发明人的研究，本发明的发酵菌剂成份稳定。本发明具有以下有益效果本发明的肥料制备方法能够有效地发酵由糖蜜酒精废液、动物粪便和甘蔗残渣组成的发酵原料，发酵得到的黄腐植酸肥料成分稳定，便于推广；本发明的肥料制备方法能够同时无害化糖蜜酒精废液、动物粪便和甘蔗残渣这三种废弃物，变废为宝；本发明的肥料制备方法可以不必消耗大量能源，也不必消耗过多的酸、碱原料，处理流程简便，成本较低；本发明的肥料长期使用，可以有效提高土壤肥力，使得作物增产；本发明的发酵菌剂菌种稳定，适应强。为了便于理解，以下将通过具体的实施例对本发明进行详细地描述。需要特别指出的是，这些描述仅仅是示例性的描述，并不构成对本发明范围的限制。依据本说明书的论述，本发明的许多变化、改变对所属领域技术人员来说都是显而易见的。另外，本发明引用了公开文献，这些文献是为了更清楚地描述本发明，它们的全文内容均纳入本文进行参考，就好像它们的全文已经在本文中重复叙述过一样。
具体实施例方式以下通过实施例进一步说明本发明的内容。如未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段和市售的常用设备和试剂，可参见《腐植酸的综合利用》(科学出版社)、《微生物学实验(第4版)》(高等教育出版社)、《伯杰细菌鉴定手册(第八版》(科学出版社)以及相应的厂商说明书等参考。实施例I发酵菌剂的制备本实施例使用的菌种均列入中国普通微生物菌种保藏管理中心(北京)的公开菌种目录中，可以购买。各微生物及其中国普通微生物菌种保藏管理中心的菌种目录编号分别为产黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)(编号I. 1002),干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)(编号 I. 62),维捏兰德固氮菌(Azotobacter vinelandii)(编号 I. 1649),豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)(编号 I. 888),黑曲霉(Aspergillusniger)(编号3. 6193)，米曲霉(Aspergillus oryzae)(编号3. 481)，特异腐质霉(Humicolainsolens)(编号 3. 4393),以及块状寡抱根霉(Rhizopus oligosporus var. tuberosus)(编号3. 1145)。将以上8种菌种通过商业途径委托广西易多收生物科技有限公司按照常规菌种培养方法分别进行液体培养，离心后于4°C保存菌体并交付，各菌种的菌体中相应活菌数量均大于IO8个/克(湿重)。每种菌种的上述菌体各取IOg混合均匀，溶于IL生理盐水中，然后加入2kg粉碎的甘蔗残渣(小于5mm)、Ikg牛粪、2kg豆饼(即，压榨法提油后的大豆剩余物)、和Ikg鱼粉，充分混合均匀，在自然通气状态下于30±3°C放置5天，期间每天翻动2次通气，即得发酵菌剂。为了检测菌种的存活稳定性，取3批次生产的发酵菌剂，取样，进行菌种培养鉴定并计数。存活量计数结果如下表所示，各批次培养的菌种数量保持稳定，而且都有大量的存活。
权利要求
1.制备黄腐植酸肥料的方法，其包括 (1)将糖蜜酒精发酵废液通入沉淀池，加入碱(优选是NaOH)调节pH; (2)静置后分离沉淀和上清液，取上清液同动物粪便、甘蔗残渣和发酵菌剂混合，其中所述发酵菌剂包括存活的产黄纤维单胞菌(Cellulomonas fIavigena)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、维捏兰德固氮菌(Azotobacter vinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium Ieguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、特异腐质霉(Humicola insolens)、以及块状寡抱根霉(Rhizopus oligosporusvar. tuberosus)； (3)放置发酵步骤(2)得到的混合物，然后加入沉淀继续放置，放置期间搅拌以保持该混合物内部温度为50 60°C ;和 (4)干燥步骤(3)得到的发酵产物并造粒。
2.权利要求I所述的方法，其中步骤(I)中调节pH至5.5 5. 9，优选调节pH至5. 8。
3.权利要求I所述的方法，其中所述发酵菌剂是将产黄纤维单胞菌(CellulomonasfIavigena)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、维捏兰德固氮菌(Azotobactervinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、特异腐质霉(Humicola insolens)、以及块状寡孢根霉(Rhizopus oligosporus var. tuberosus)接种于由甘鹿残洛、动物粪便、豆饼、和鱼粉组成的培养基中活化而得的。
4.权利要求2所述的方法，其中活化温度是30±3°C，且活化时间为3 7天，优选为5天。
5.权利要求I所述的方法，其中步骤(2)中上清液、动物粪便、甘蔗残渣和发酵菌剂的重量比为100 1000 500 2000 100 500 1，优选为300 700 600 1000 200 400 I，最优选为 500 700 : 300 : I。
6.权利要求1、3或5所述的方法，其中动物粪便是牛粪、猪粪或鸡粪之一种或多种的混合物。
7.权利要求I所述的方法，其中步骤(3)中放置发酵步骤(2)得到的混合物的时间为I 5天，优选为2 4天，最优选为3天；步骤⑶中继续放置的时间为10 15天，优选为11 14天，最优选为12天。
8.由权利要求I 7之任一项所述的方法制备的黄腐植酸肥料。
9.活化发酵菌剂的方法，其包括将产黄纤维单胞菌(CellulomonasfIavigena)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、维捏兰德固氮菌(Azotobacter vinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、特异腐质霉(Humicola insolens)、以及块状寡抱根霉(Rhizopus oligosporusvar. tuberosus)接种于由甘蔗残渣、动物粪便、豆饼、和鱼粉组成的培养基中活化而得的，其中甘蔗残渣、动物粪便、豆饼、和鱼粉的重量比为I 3 0.5 I. 5 I 3 0.5 I.5，优选为 2 : I : 2 : I。
10.由权利要求9所述的方法活化的发酵菌剂，其中产黄纤维单胞菌的含量为0.8x10s 2. OxlO8个/克，干酪乳杆菌的含量为6. OxlO7 I. 2xl08个/克，维涅兰德固氮菌的含量为2. Ox IO7 8. OxlO7个/克，豌豆根瘤菌的含量为I. OxlO8 3. OxlO8个/克，黑曲霉的含量为7. 3xl06 8. OxlO6个/克，米曲霉的含量为6. OxlO6 10. OxlO6个/克，特异腐质霉的含量为2. OxlO6 8. OxlO6个/克，而且块状寡孢根霉的含量为5. OxlO6 7.OxlO6个/克，优选产黄纤维单胞菌的含量为I. OxlO8 I. 7xl08个/克，干酪乳杆菌的含量为8. 2xl07 I. OxlO8个/克，维涅兰德固氮菌的含量为3. 7xl07 5. 5xl07个/克，豌豆根瘤菌的含量为I. 9xl08 2. 2xl08个/克，黑曲霉的含量为7. 7xl06 7. 8xl06个/克，米曲霉的含量为8. IxlO6 9. OxlO6个/克，特异腐质霉的含量为3. 9xl06 5. 3xl06个/克，而且块状寡孢根霉的含量为5. 5xl06 6. 5xl06个/克。
全文摘要
本发明提供了黄腐植酸肥料的制备方法，其中包括利用糖蜜酒精发酵废液为原料来进行生产。另外，本发明还提供了所述生产方法获得的肥料以及其中所用的发酵菌剂等。
文档编号C05F11/08GK102731174SQ20111009243
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者叶长东 申请人:叶长东