一种基于好氧堆肥的废气处理复合菌剂、制备方法及其应用

本发明涉及废气生物处理，具体涉及一种基于好氧堆肥的废气处理复合菌剂、制备方法及其应用。

背景技术：

1、城市化和工业化发展带来诸多环境问题，其中，工业生产过程排放的挥发性有机物(vocs)是一类重要的大气污染物。当前，臭氧(o3)和细颗粒物(pm2.5)是影响我国空气质量的主要因子。有研究表明，vocs是京津冀、长三角等重点区域的大气中o3、pm2.5生成的主控因子。因而，控制vocs排放对持续深入打好蓝天保卫战至关重要。

2、生物法处理vocs废气的原理是利用微生物的代谢作用将气态污染物转化为co2、h2o、低毒性中间产物以及细胞质等无害物质。与吸附、燃烧等物理化学技术相比，生物法具有反应条件温和、二次污染小、碳排放低等诸多优点。

3、具有vocs降解能力的微生物是生物法的核心。复合微生物菌剂是以高活性降解菌株为材料构建的一种混合菌培养体系，它可以利用微生物单独作用或种间协同作用来高效降解成分复杂的污染物。

4、日前，制备的复合微生物菌剂存在的问题主要包括：制备过程复杂、菌剂降解活性不高、单位体积菌剂活菌数有限等。因而，亟需开发一种新的复合菌剂以满足目前生产实际中出现的更高需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种基于好氧堆肥的废气处理复合菌剂、制备方法及其应用。将好氧堆肥与微生物菌剂制备相结合，利用堆体提供的天然载体以及各种营养元素逐步培养vocs降解菌，实现好氧堆肥和微生物菌剂制备同步进行，形成具有vocs降解能力的固态复合菌剂的技术。不仅制备过程简单，且其对于气态污染物的高效处理具有重要的现实意义。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于好氧堆肥的废气处理复合菌剂的制备方法，

4、选取以正己烷为碳源筛选得到的门多萨假单胞菌(pseudomonas mendocin nx-1)、寡养单胞菌(stenotrophomonas sp.hy-2)，以戊烷为碳源筛选得到的红球菌(rhodococcus sp.yz-1)，以氯苯为碳源筛选得到的罗尔斯顿菌(ralstonia sp.xzw-1)，及以四氢呋喃为碳源筛选得到的食油假单胞菌(pseudomonas oleovorans dt4)接种至固体无机盐培养基中，再分别将五种菌接种培养至lb培养液内得到接种液，以餐厨垃圾为培养基在其上接种接种液，通过好氧堆肥的方式，引入有机废气驯化培养得到复合菌剂；

5、所述门多萨假单胞菌(pseudomonas mendocin nx-1)，保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国，武汉，武汉大学，430072，保藏编号：cctcc no:m2015114；

6、所述寡养单胞菌(stenotrophomonas sp.hy-2)，保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国，武汉，武汉大学，430072，保藏编号cctcc no:m 2018714；

7、所述红球菌(rhodococcus sp.yz-1)，保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国，武汉，武汉大学，430072，保藏编号：m20221106；

8、所述罗尔斯顿菌(ralstonia sp.xzw-1)，保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国，武汉，武汉大学，430072，保藏编号：m2022557；

9、所述食油假单胞菌(pseudomonas oleovorans dt4)，保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国，武汉，武汉大学，430072，保藏编号：cctcc no：m209151。

10、在前期试验过程中，本技术的发明人筛选出对正己烷、戊烷、氯苯、四氢呋喃具有良好降解效果的菌种。即对正己烷具有良好降解效果的门多萨假单胞菌、寡养单胞菌，对戊烷具有良好降解效果的红球菌，对氯苯具有良好降解效果的罗尔斯顿菌，对四氢呋喃具有良好降解效果的食油假单胞菌。这些菌种的特点在于分别以正己烷/戊烷/氯苯/四氢呋喃为唯一碳源与能源生长，同时能高效降解该底物。而正己烷、戊烷、氯苯、四氢呋喃这几种污染物是几种常见的vocs，主要来源包括：石油化工行业、涂料业、制药厂等排放的尾气，对人体及环境有极大的危害。

11、为了便于试验，本实验中通过混合正己烷、戊烷、氯苯、四氢呋喃配制得到有机废气。

12、本实验用五种菌制备得到种子液，将好氧堆肥原料(餐厨垃圾)作为“培养基”，把种子液接种到“培养基”上，引入有机废气驯化门多萨假单胞菌、寡养单胞菌、红球菌、罗尔斯顿菌、食油假单胞菌等降解菌，最终培养得到固态微生物复合菌剂。其中，降解菌可以利用餐厨垃圾作为碳源生长，也可以利用有机废气作为碳源生长，且有机废气作为碳源生长无其他微生物与之争夺。而有机废气起到一个驯化堆肥体系内菌群的作用。这些降解菌在制备得到固态微生物复合菌剂的同时也对餐厨垃圾进行了堆肥处理，可同步实现好氧堆肥和微生物复合菌剂制备。

13、而制得的复合菌剂因其由门多萨假单胞菌、寡养单胞菌、红球菌、罗尔斯顿菌、食油假单胞菌的菌液为种子液培养所得，对vocs中常见的正己烷、戊烷、氯苯、四氢呋喃理论上具有高降解能力。

14、经由实验验证可知：复合菌剂对100mg/l正己烷、戊烷、氯苯、四氢呋喃展现出良好的降解性能：在44h内可完全降解氯苯和四氢呋喃，在48h内可完全降解正己烷和戊烷。此外，对复合菌剂进行污染物的连续降解实验可知其对于各污染物的展现出良好的连续降解性能。具体为：菌剂在第一次降解完全100mg/l污染物后，后续在6～8h内可完全降解100mg/l氯苯，在重复10次后将污染物浓度提高至200mg/l，在8～10h可被完全降解。同时，复合菌剂对污染物浓度耐受性良好；表现为100mg/l、200mg/l在50h内可被完全降解，300mg/l、400mg/l浓度污染物在65h内的降解率可达到90％以上。

15、综上，可证明制得的复合菌剂可投入vocs的降解，对于气态污染物的高效处理具有重要的现实意义。而本方案除了可制备得到矿化处理vocs的菌剂，在此同时还实现了餐厨垃圾的减量化、无害化和资源化处理。

16、优选地，接种液由门多萨假单胞菌(pseudomonas mendocin nx-1)、寡养单胞菌(stenotrophomonas sp.hy-2)、红球菌(rhodococcus sp.yz-1)、罗尔斯顿菌(ralstoniasp.xzw-1)、食油假单胞菌(pseudomonas oleovorans dt4)五种菌分别接种培养获得的处于对数生长期的五种菌悬液经离心、洗涤、稀释后得到的五种菌液混合制得。

17、对数生长期的菌其生长速度达到一个恒定的最大比生长速度，此时的菌量多，菌活性好。菌是有机废气(正己烷、戊烷、四氢呋喃、氯苯)降解菌，对好氧堆肥不会产生影响。若培养不充分会导致整个堆肥体系内加入的菌量低，致使堆肥菌剂对污染物(正己烷、戊烷、四氢呋喃、氯苯)的降解效果变差。

18、优选地，接种液需分批次加入到餐厨垃圾中。

19、在好氧堆肥过程中，堆体温度会升至50～60℃，ph会降至3～4左右，这些条件对菌株的接种和生长不利。如何克服温度过高和ph过酸等不利条件是制备基于好氧堆肥的废气处理复合菌剂中的关键问题。选择合适接种的时间可对菌株生长起到辅助作用。基于高温期不适宜接种接种液，因此，本技术的发明人选择避开高温期进行接种。

20、以35天的好氧堆肥时长计算时，在第1、14、21、27、34天接种复合菌剂接种液。第一次接种是在堆肥开始时；第二次接种是在堆肥高温期结束后(14天后)：高温期堆肥体系温度过高可能会使接种的菌部分失活，故在高温期结束后继续接种；后续接种是尽可能使堆肥体系内降解菌数量更多，保证制成的堆肥菌剂效果更佳，故每隔一段时间接种一次。

21、值得注意地是，好氧堆肥的具体时长为堆体所需发酵达到腐熟状态的周期，其随着多因素的变化而有所差别，本技术的发明人，在此只列举一个具体的周期进行说明。

22、优选地，好氧堆肥过程中，每次接种的复合菌剂接种液的量为餐厨垃圾干重的2％(v/w)。

23、规定每次接种的接种液量是为了保证加入菌液的量对含水率的影响不超过1％。

24、优选地，有机废气的引入时间为好氧堆肥高温期结束后。

25、好氧堆肥高温期时堆肥相关微生物活动剧烈，引入有机废气可能会影响体系的平衡(部分堆肥相关微生物失活)，使内部微生物群落破坏，导致好氧堆肥失败。因而选在好氧堆肥高温期结束后引入有机废气。

26、优选地，好氧堆肥过程中，前7天不搅拌，7天后每隔2天搅拌一次。

27、搅拌频率为前7天不搅拌，之后每隔2天搅拌一次，通气量为0.5l/(kg·min)。其中的kg指代堆体干重。这样做的目的是为了满足堆肥高温期消灭病原体需求，避免堆体压实或者局部厌氧的产生。

28、优选地，除餐厨垃圾外，好氧堆肥过程中还添加有调理剂、餐厨发酵菌剂。

29、调理剂可为木屑、秸秆、稻壳中的任一种，主要目的是调整体系的含水率，c/n，孔隙率等。一般情况下微生物每消耗25g有机碳，需要吸收1g氮素，c/n过高，微生物繁殖速度低，有机物分解速度慢。c/n过低，氮过量并以氨气的形式释放，散发难闻的气味。

30、餐厨发酵菌剂为em菌糠。em菌糠可提供一些能够强烈分解有机物的菌种(如芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌)，加快好氧堆肥的进程。

31、本发明选用木屑、em菌糠与餐厨垃圾以5：1：8的干重比混合制得好氧堆肥原料。

32、一种复合菌剂，采用上述方法制备而成，其包含有由门多萨假单胞菌(pseudomonas mendocin nx-1)、寡养单胞菌(stenotrophomonas sp.hy-2)、红球菌(rhodococcus sp.yz-1)、罗尔斯顿菌(ralstonia sp.xzw-1)、食油假单胞菌(pseudomonasoleovorans dt4)。

33、复合菌剂的制备与好氧堆肥同步发生，本技术的发明人按上述方法采用五种菌制备得到种子液，将好氧堆肥原料(餐厨垃圾)作为“培养基”，把种子液接种到“培养基”上，引入有机废气驯化门多萨假单胞菌、寡养单胞菌、红球菌、罗尔斯顿菌、食油假单胞菌等降解菌，最终培养得到固态微生物复合菌剂。因而，复合菌剂是以门多萨假单胞菌、寡养单胞菌、红球菌、罗尔斯顿菌、食油假单胞菌五种单菌为来源。

34、一种制备复合菌剂的装置，包括配置废气的配气系统及与其相连的处理废气的固体发酵罐；配气系统包括空气压缩机及与其依次连接的废气供应瓶、气体混合瓶，空气压缩机一边与废气供应瓶相连，另一边与气体混合瓶相连，废气供应瓶外壁上设有恒温器，废气供应瓶内设有温度探头；固体发酵罐包括电机，固体发酵罐内设有搅拌装置，搅拌装置与电机连接，固体发酵罐外壁设有控温夹套，固体发酵罐内壁设有布气板。

35、空气压缩机一路将空气通入废气供应瓶，另一路与废气供应瓶出来的气体在气体混合瓶混合后，进入固体发酵罐。其中，通入空气可对有机废气进行稀释。废气供应瓶外设有用于控制废气供应瓶温度的恒温器，废气供应瓶内设有用于检测废气供应瓶中温度变化的温度探头。

36、固体发酵罐作为餐厨垃圾好氧堆肥和底物驯化堆体的一体化设备，其外壁设有用于维持恒温稳定的控温夹套，其内壁设有实现气体在罐体内均匀分布的布气板。

37、优选地，配气系统与固体发酵罐之间设有微生物过滤器，空气压缩机与废气供应瓶之间设有质量流量计，气体混合瓶与微生物过滤器之间设有转子流量计。

38、微生物过滤器用于过滤微生物以避免环境中的微生物污染。

39、在空气压缩机与废气供应瓶之间加设质量流量计，可实现对空气进量的调控从而控制有机废气的浓度。一方面避免有机废气浓度过高影响微生物活性从而毒害微生物，另一方面避免空气流速过快，导致堆体温湿度损耗加快，降低堆体重复利用性。

40、在气体混合瓶与微生物过滤器之间加设转子流量计，控制进入固体发酵罐中混合气体的流量，由此可均匀地向罐体提供混合废气。而当堆肥完成，不需再通入有机废气时，只需关闭质量流量计。

41、优选地，搅拌装置包括搅拌杆及设在其上的多个搅拌桨。

42、优选地，微生物过滤器与固体发酵罐之间设有气体采集口。

43、上述制备得到的复合菌剂及制备复合菌剂用的装置在餐厨垃圾降解、废气处理上的应用。

44、其中，制备得到的复合菌剂的后处理方式、保藏温度将对其降解污染物的效果造成影响。更为具体地，制备得到的复合菌剂可通过冷冻干燥、真空干燥及不进行脱水处理的方式进行后续的污染物降解应用；在实际应用中，降解效果：不进行脱水处理>冷冻干燥≈真空干燥。而保藏温度对污染物降解的影响取决于污染物的种类，不同种类的污染物其受影响程度不一。

45、因此，本发明具有以下有益效果：

46、(1)本发明以餐厨垃圾为培养基，引入有机废气，培养得到可处理vocs的复合菌剂，为气态污染物无害化处理提供新思路；

47、(2)本发明可同步实现餐厨垃圾的好氧堆肥与可处理vocs的复合菌剂制备；

48、(3)本发明制备的复合菌剂直接利用餐厨垃圾作为菌剂载体，制备过程中无需添加其他额外的化学药品，操作简单、成本低廉、低碳环保；

49、(4)本发明制得的复合菌剂可在常温下长久保藏，在实际降解应用过程中，具有无需调节ph、启动周期短、废气净化稳定高效的优点。