本发明涉及以黄化农作物秸秆为底物高效水解产酸用于土壤酸化改良的方法。
背景技术：
中国作为拥有15亿亩农田的农业大国，每年产生的农作物秸秆量很大，造成严重的环境污染。因此迫切需要一种更加高效实用的消化秸秆的方法，来解决每年秸秆所产生的环境压力。若能有效利用，既能缓和农村种植业发展与环境之间的矛盾，又能实现资源的回收利用，可为当前中国农作物秸秆的处理提供一种可行的办法，也符合中国当前的环保政策。
厌氧水解酸化技术最初运用于废水处理工艺，即在大量水解酸化细菌的作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，并通过微生物的代谢过程产生各种有机酸用于其他领域。由于黄化秸秆特殊的物理化学结构，自然界中常规的水解酸化细菌对其很难降解。为提高秸秆的水解酸化效果，对菌源进行定向驯化和对秸秆进行适当预处理非常关键。通过驯化和预处理，污泥中的水解酸化菌能够有效利用秸秆中的纤维素和半纤维素，产生的有机酸作为重要中间代谢产物被大量积累。有机酸不仅能直接被植物吸收利用，还能对土壤起到改良的效果。
蓝莓作为一种新兴果树，具有较高的营养与药用价值，发展蓝莓产业具有十分重大的经济效益、社会效益和生态效益。但蓝莓生长发育对土壤环境的要求比较严格，即需要强酸性土壤（pH 4.5-5.5）。目前蓝莓栽培比较突出的问题就是土壤改良成本太高，这严重制约蓝莓的产业化发展。为了加速蓝莓的高产优质栽培，针对蓝莓的种植进行土壤酸化改良显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的是根据上述问题，提供以黄化农作物秸秆为底物进行水解酸化的最适产酸条件和方法的研究。该方法以高粱秸秆和玉米秸秆为代表性底物，接种经过定向驯化的菌源，通过控制水解酸化条件，以期获得高产有机酸。
为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
（1）用微晶纤维素对活性厌氧污泥进行驯化，富集高效降解秸秆的水解酸化菌；
（2）利用固体碱对黄化秸秆进行预处理；
（3）将驯化后的污泥与处理好的秸秆按一定质量比进行混合，调节体系的含水率及初始pH值，在完全密闭无氧的条件下，恒温进行水解酸化3-4天，得到酸化液；
（4）提取酸化液用于土壤酸化改良或进行元素复配制备蓝莓专用有机肥，剩余的固体物质可用于厌氧消化产沼气。
其中，所述的活性厌氧污泥取自于本实验室污水处理厌氧段污泥，其初始TS为14.76%。
其中，所述的活性厌氧污泥的驯化方法为：厌氧发酵罐（总体积10 L，有效体积6 L）引入初始污泥，用蒸馏水调节系统TS值为2-7%。启动加热装置于33-42℃条件下预培养3天；第4天起，每天定期进出料200 mL。进料配制为：150-200 mL蒸馏水和7-15 g微晶纤维素；经过2个水利停留时间（HRT）的驯化后（HRT 40 d），驯化结束；该厌氧泥可作为后续试验用的菌源。
其中，所述的黄化秸秆是粉碎的高粱秸秆或玉米秸秆，过10-20目筛（取筛下率）。
其中，所述的固体碱为Ca(OH)2固体，且按照秸秆质量的4%-7%投加，通过蒸馏水调节至体系含水率为75%-85%，在55℃-65℃条件下处理1-2d。
其中，将驯化后的污泥与处理好的秸秆按质量比1：（1-2）进行混合，蒸馏水调节TS为5-6%。KOH调节pH为8-11；通入氮气3-5 min创造厌氧环境；在完全密闭无氧的条件下，恒温37-45°C进行水解酸化3-4天。
本发明的优点在于能够将黄化秸秆进行多元化分级利用，具有成本低廉，操作简单、无二次污染的优点。相较于传统秸秆单一处理方式，其产生的有机酸不仅能对土壤进行酸化改良，还能为后续蓝莓专用有机肥的制备和秸秆产沼提供原料。
具体实施方式
本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
实施例1：
一种以高粱秸秆为底物经水解酸化后高效产酸的方法，步骤如下：
1）厌氧发酵罐（总体积10 L，有效体积6 L）引入初始污泥（TS 14.76%），用蒸馏水调节系统TS值为3%。启动加热装置于37.0±0.5℃条件下预培养3天。第4天起，每天定期进出料200 mL。进料配制为：200 mL蒸馏水和10 g微晶纤维素。经过2个水利停留时间（HRT）的驯化后（HRT 40 d），驯化结束。
2）取粉碎至10目的高粱秸秆20 g，加入1.2 g Ca(OH)2固体，用16 g蒸馏水调节含水率。密封后，放入60°C烘箱中处理24 h。
3）取经过驯化的菌源，测得其TS=0.831%。规定整个体系的有效体积为150ml。准确称取13.291g经过预处理的秸秆和13.291g污泥进行混合，加入蒸馏水直至总体积为150ml（TS 5%）。其中菌源与秸秆的质量比为1：1。
4）用1 mol/L的KOH溶液调节体系初始pH为9，通入一段时间的氮气，直至整个体系处于无氧状态。
5）连接集气袋后，对装置进行密封，然后置于41℃的培养箱恒温条件下水解酸化4天。
实验结果：反应结束后，利用比色法测得反应结束时体系中总有机酸浓度为3040mg/L (以乙酸计)。
实施例2：
一种以玉米秸秆为底物经水解酸化后高效产酸的方法，步骤如下：
1）厌氧发酵罐（总体积10 L，有效体积6 L）引入初始污泥（TS 14.76%），用蒸馏水调节系统TS值为3%。启动加热装置于37.0±0.5℃条件下预培养3天。第4天起，每天定期进出料200 mL。进料配制为：200 mL蒸馏水和10 g微晶纤维素。经过2个水利停留时间（HRT）的驯化后（HRT 40 d），驯化结束。
2）取粉碎至10目的玉米秸秆20 g，加入1.2 g Ca(OH)2固体，用16 g蒸馏水调节含水率。密封后，放入60°C烘箱中处理24 h。
3）取经过驯化的菌源13.291g（TS=0.831%）和13.291 g预处理后的玉米秸秆混合，加入蒸馏水直至总体积为150 ml（TS 5%）。其中菌源与秸秆的质量比为1：1。
4）用1 mol/L的KOH溶液调节体系初始pH为11，通入一段时间的氮气，直至整个体系处于无氧状态。
5）连接集气袋后，对装置进行密封，然后置于45℃的培养箱恒温条件下水解酸化4天。
实验结果：反应结束后，利用比色法测得反应结束时体系中有机酸浓度为1825 mg/L(以乙酸计)。
实施例3：
一种以玉米秸秆为底物经水解酸化后高效产酸的方法，步骤如下：
1）厌氧发酵罐（总体积10 L，有效体积6 L）引入初始污泥（TS 14.76%），用蒸馏水调节系统TS值为3%。启动加热装置于37.0±0.5℃条件下预培养3天。第4天起，每天定期进出料200 mL。进料配制为：200 mL蒸馏水和10 g微晶纤维素。经过2个水利停留时间（HRT）的驯化后（HRT 40 d），驯化结束。
2）取粉碎至20目的玉米秸秆20g，加入1.2 g Ca(OH)2固体，用16g蒸馏水调节含水率。密封后，放入60°C烘箱中处理24 h。
3）取经过驯化的菌源6.700 g（TS=0.831%）和13.400 g预处理后的玉米秸秆混合，加入蒸馏水直至总体积为150 ml（TS 5%），其中菌源与秸秆的质量比为1：2。
4）用1 mol/L的KOH溶液调节体系初始pH为10，通入一段时间的氮气，直至整个体系处于无氧状态。
5）连接集气袋后，对装置进行密封，然后置于37℃的培养箱恒温条件下水解酸化4天。
实验结果：反应结束后，利用比色法测得反应结束时体系中有机酸浓度为1545mg/L(以乙酸计)。