本发明涉及一种炭基生物复合除臭材料的制作方法。
背景技术：
目前，高温好氧堆肥是处理畜禽粪便的有效途径之一，通过高温好氧堆肥，粪便中的有机物转化为腐殖质，实现无害化过程，最终将畜禽粪便转化为商品化有机类肥料。但是，在高温好氧堆肥中由于含氮、含硫等有机物的分解，会产生臭气问题。
目前，制约我国堆肥厂发展的主要问题就是堆肥过程中排放的臭气对于周边居民的影响，堆肥厂产生的臭气已经成为一项广泛关注的环境问题，甚至于直接威胁到堆肥厂的生存。堆肥过程臭味的产生一般情况在堆肥快速升温期和高温期的3～5天时间里，主要成分是nh3和h2s气体。高温挥发的nh3也是堆肥过程中氮素损失的主要原因，约占初始物料总氮的20％～60％，堆肥过程中约有9％～43％的挥发性硫化物以h2s的形式损失，这些损失既减少了堆肥产品的营养成分，同时又增加了臭气排放的环境风险。目前从调节物料组成、覆盖高碳物料或堆肥返料、添加除臭微生物等方式来处理堆肥过程的臭气的效果均不理想。
技术实现要素：
为切实解决堆肥过程中除臭效果不理想的技术问题，本发明提供一种能维持堆肥除臭中微生物活性、提高其除臭效果的炭基生物复合除臭材料的制作方法及其一种炭基生物复合除臭材料。
本发明所提供的一种炭基生物复合除臭材料的制作方法的技术方案，包括以下步骤：
(1)生物材料的制备
将废糖蜜和氨基酸原粉按照废糖蜜:氨基酸原粉的质量比为10～20:1混合得混合物，在混合物中加入为混合物重量8～9倍的去离子水搅拌均匀作为菌种培养基；按照每公斤菌种培养基添加2～5g除臭复合菌剂的比例，在菌种培养基中添加除臭复合菌剂，在曝气的条件下发酵至发酵产物中乳酸菌、酿酒酵母和毕赤酵母3种菌的总有效活菌数≥0.7×108cfu/g时停止发酵，所得发酵产物为生物材料；
所述除臭复合菌剂由以重量份计的5～7份乳酸菌菌液，1～2份酿酒酵母菌液和1～2份毕赤酵母菌液组成，所述乳酸菌菌液中的乳酸菌有效活菌数≥0.5×108cfu/g，酿酒酵母菌液中的酿酒酵母有效活菌数≥0.2×108cfu/g，毕赤酵母菌液中的毕赤酵母有效活菌数≥0.1×108cfu；
(2)炭基生物复合除臭材料的制备
将生物炭用稀硫酸调节生物炭的ph值范围为6.0～7.5得处理过的生物炭，用处理过的生物炭与步骤(1)中所得的生物材料按处理过的生物炭:生物材料的质量比为2:0.8～1比例混合得炭基生物复合除臭材料，且炭基生物复合除臭材料中乳酸菌、酿酒酵母和毕赤酵母3种菌的总有效活菌数≥0.2×108cfu/g。
进一步，步骤(1)中所述曝气的条件下是采用强制曝气的方式，所述强制曝气的方式是在添加有除臭复合菌剂的菌种培养基底部插入曝气管进行曝气，曝气量按照每升添加除臭复合菌剂的菌种培养基每分钟0.2～0.3升空气。
进一步，步骤(2)中所述稀硫酸的浓度为0.2mol/l。
本发明还提供了一种炭基生物复合除臭材料，该炭基生物复合除臭材料是由上述炭基生物复合除臭材料的制作方法制作而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明研究发现，在堆肥过程中微生物除臭效果不理想的主要原因之一是微生物除臭菌株的活性维持时间不长，其中缺少维持除臭微生物菌株活性的适宜环境，为此，本发明研究出能较长时间维持或增强所添加的除臭复合菌剂中的微生物活性的吸附载体即本发明制成的炭基生物复合除臭材料中除乳酸菌、酿酒酵母和毕赤酵母3种菌之外的物质作为其吸附载体，这种吸附载体使添加的乳酸菌、酿酒酵母和毕赤酵母3种除臭菌的总有效活菌数保持在0.2×108cfu/g的时间为8个月以上。因此，本发明制作的炭基生物复合除臭材料能够较长时间维持所添加的除臭复合菌剂中微生物的活性，能有效降低堆肥过程中臭气的排放，本发明制作的炭基生物复合除臭材料在堆肥发酵过程中每次翻堆时加入堆体，连续用3～5天，在其nh3和h2s排放浓度最高的时期，能够有效地降低堆肥排放出来的nh3和h2s的浓度，与对照处理相比，nh3和h2s的排放分别减少78～84％和81～86％，在整个堆肥过程中nh3和h2s的累积排放量分别减少30％～62％和45％～67％，产生了预料不到的技术效果。堆肥产品的氮和硫以nh3和h2s形式的损失分别减少30～62％和45％～67％，大幅度降低了环境风险，同时对堆肥产品还起到了增加保氮和保硫的效果。
具体实施方式
术语：
废糖蜜是指制糖厂在甘蔗制糖中产生的一种无法再蒸浓结晶的母液。它是甘蔗制糖的副产品。
以下实施例用于说明本发明，各实施例中所用微生物、生物炭等材料和试剂均为市售，各实施例中无特殊说明的为常规方法。
实施例1本发明方法
实施地点：云南省昆明市云南农业大学
(1)生物材料的制备
将废糖蜜和氨基酸原粉按照废糖蜜:氨基酸原粉的质量比为10:1混合得混合物，在混合物中加入为混合物重量8倍重量的去离子水充分搅拌均匀作为菌种培养基，在菌种培养基中按照每公斤菌种培养基添加3g除臭复合菌剂的比例添加除臭复合菌剂，然后在曝气的条件下发酵至发酵产物中植物乳杆菌、酿酒酵母和毕赤酵母3种菌的总有效活菌数≥0.7×108cfu/g时停止发酵，所得发酵产物为生物材料；所述曝气的条件下是采用强制曝气的方式，所述强制曝气的方式是在添加有除臭复合菌剂的菌种培养基底部插入曝气管进行曝气，曝气量按照每升添加有除臭复合菌剂的菌种培养基每分钟0.2升空气。
所述除臭复合菌剂由以重量份计的7份植物乳杆菌菌液，2份酿酒酵母菌液和1份毕赤酵母菌液组成，所述植物乳杆菌菌液中的植物乳杆菌有效活菌数≥0.5×108cfu/g，酿酒酵母菌液中的酿酒酵母有效活菌数≥0.2×108cfu/g，毕赤酵母菌液中的毕赤酵母有效活菌数≥0.1×108cfu。
所述除臭复合菌剂的制备方法：
酿酒酵母(saccharomycescerevisiae)、毕赤酵母(pichiapastoris)、乳酸菌为植物乳杆菌(lactobacillusplantarum)均为市售(可从北京沃土天地生物科技有限公司购买，地址：北京市海淀区圆明园西路2号中国农业科学院原子能利用研究所院内，邮编：100193；也可从中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(cgmcc)购买，地址：中国北京市朝阳区北辰西路1号院3号，邮编：100101)，将购买的植物乳杆菌、酿酒酵母、毕赤酵母分别按如下方法培养得到对应的菌液：
1、植物乳杆菌用mrs培养基培养，mrs培养基配方为：蛋白胨10.0克，牛肉膏10.0克，酵母膏5.0克，葡萄糖20.0克，乙酸钠5.0克，柠檬酸氢二胺2.0克，吐温-801.0ml，磷酸氢二钾2.0克，七水硫酸镁0.2克，七水硫酸锰0.05克，用蒸馏水定容到1.0升。高压锅在121℃灭菌15min，冷却，调节ph6.2～6.4,添加植物乳杆菌，兼性厌氧培养，培养温度为37℃，培养至植物乳杆菌有效活菌数≥0.5×108cfu/g时停止培养得到植物乳杆菌菌液。
2、酿酒酵母、毕赤酵母分别用ypd培养基和如下条件培养，ypd培养基配方为：酵母提取物10g,蛋白陈20g,葡萄糖20g,用蒸馏水定容至1l。高压锅在121℃灭菌15～30min，冷却，调节ph5.0～5.2，分别添加酿酒酵母或毕赤酵母，摇床培养，摇床转速为150～160r/min，培养温度为28～30℃，分别培养至酿酒酵母的有效活菌数≥0.2×108cfu/g时停止培养得到酿酒酵母菌液，毕赤酵母的有效活菌数≥0.1×108cfu/g时停止培养得到毕赤酵母菌液。
3、按所述除臭复合菌剂中各菌液的重量份比例分别称取上述培养的植物乳杆菌菌液、酿酒酵母菌液、毕赤酵母菌液混合均匀即得所述除臭复合菌剂。
(2)炭基生物复合除臭材料的制备
将生物炭用浓度为0.2mol/l的稀硫酸调节生物炭的ph值为6.5得到处理过的生物炭，按处理过的生物炭:步骤(1)中所得的生物材料的质量比为2:0.8比例，将处理过的生物炭与所述生物材料充分搅拌混合均匀得到炭基生物复合除臭材料，且炭基生物复合除臭材料中植物乳杆菌、酿酒酵母和毕赤酵母3种菌的总有效活菌数≥0.2×108cfu/g。
上述方法制作成的炭基生物复合除臭材料中的植物乳杆菌、酿酒酵母、毕赤酵母3种菌的总有效活菌数保持≥0.2×108cfu/g的时间为8个月。
实施例2本发明方法
实施地点：云南省昆明市云南农业大学
实施例2与除以下操作与实施例1不同外，其余步骤与实施例1相同。
(1)生物材料的制备
将废糖蜜和氨基酸原粉按照废糖蜜:氨基酸原粉的质量比为20:1混合得混合物，在混合物中加入为混合物重量9倍重量的去离子水充分搅拌均匀作为菌种培养基，在菌种培养基中按照每公斤菌种培养基添加5g除臭复合菌剂的比例添加除臭复合菌剂，在曝气的条件下发酵至发酵产物中植物乳杆菌、酿酒酵母和毕赤酵母3种菌的总有效活菌数≥0.82×108cfu/g时停止发酵，所得发酵产物为生物材料；所述曝气的条件下是采用强制曝气的方式，所述强制曝气的方式是在添加有除臭复合菌剂的菌种培养基底部插入曝气管进行曝气，曝气量按照每升添加有除臭复合菌剂的菌种培养基每分钟0.3升空气。所述除臭复合菌剂由以重量份计的5份植物乳杆菌菌液，1份酿酒酵母菌液和2份毕赤酵母菌液组成，所述植物乳杆菌菌液中的植物乳杆菌有效活菌数≥0.5×108cfu/g，酿酒酵母菌液中的酿酒酵母有效活菌数≥0.2×108cfu/g，毕赤酵母菌液中的毕赤酵母有效活菌数≥0.1×108cfu/g。
本实施例2中除臭复合菌剂的制备方法除3种菌菌液的重量份不同外即为5份植物乳杆菌菌液，1份酿酒酵母菌液和2份毕赤酵母菌液外，其余方法与实施例1相同。
(2)炭基生物复合除臭材料的制备
将生物炭用浓度为0.2mol/l的稀硫酸调节生物炭的ph值为6.7得到处理过的生物炭，按处理过的生物炭:步骤(1)中所得的生物材料的质量比为2:1比例，将处理过的生物炭与所述生物材料充分搅拌混合得到炭基生物复合除臭材料，且炭基生物复合除臭材料中植物乳杆菌、酿酒酵母和毕赤酵母3种菌的总有效活菌数≥0.27×108cfu/g。
本实施例2制备的炭基生物复合除臭材料中植物乳杆菌、酿酒酵母和毕赤酵母3种菌的总有效活菌数保持≥0.2×108cfu/g的时间为8.5个月。
实施例3本发明应用
实施地点：云南省昭通市昭阳区某有机肥(堆肥)厂
实施材料与方法：
对照1：常规条垛式堆肥(在高温期不用本发明的炭基生物复合除臭材料)。堆肥材料为鸡粪。
本发明应用:常规条垛式堆肥。堆肥材料与对照1相同。在堆肥高温期(500c≤堆肥高温期温度≤700c)，每次翻堆后在堆体表面均匀撒厚度约2～3mm的实施例1所制得的炭基生物复合除臭材料，每次在翻堆的时候随着堆肥物料将上一次撒在堆体表面的炭基生物复合除臭材料一并翻入堆肥物料里，如此重复3次。
对照1和实施例3(本发明应用)堆肥中nh3和h2s采用如下常规方法测定：
1、静态箱法采集气体样本，采样时间为上午10:00，各目标气体每个监测日均采集3个平行样品，每次采样时长为30min，取采样时间内的浓度平均值作为当日单位时间排放通量。平均每1～2d测定1次，其中每次翻堆当天翻堆前2h和翻堆后第1天均进行气体样本采集。
2、nh3和h2s的测定方法：nh3利用质量分数为2％的硼酸吸收，然后用标准浓度的稀硫酸(标准浓度的稀硫酸的浓度为：0.2mol/l)滴定测得其浓度，h2s采用便携式沼气分析仪(biogas5000，英国geotech)测定其浓度。
3、nh3和h2s的累积排放量，即为堆肥全过程总每天(24小时)的排放量累加值(如果间隔取样则取前后排放量的平均值乘以间隔天数，算作这几天的排放量，再累加)。每天的排放量＝(nh3或h2s采样时间内的浓度平均值×静态箱体积)×(24小时内所含的采样时长数)/静态箱所覆盖的有机物干物质质量。
效果：
采用本发明制作的炭基生物复合除臭材料，能够有效地降低堆肥厂区nh3和h2s的浓度。
nh3和h2s排放浓度最高的时期：实施例3在堆肥第4天(nh3和h2s排放浓度最高的时期)，对照1处理中nh3和h2s的浓度分别为2980mg/m3和45mg/m3，实施例3(本发明应用)中nh3和h2s的浓度分别为655.6mg/m3和8.42mg/m3，与对照1相比，实施例3(本发明应用)中nh3和h2s的浓度分别减少78％和81.29％。
整个堆肥过程中nh3和h2s的累积排放量：对照1处理中堆肥过程中nh3和h2s累积排放量分别为2672mg/kg堆肥有机物料(干物质)和542mg/kg堆肥有机物料(干物质)，实施例3(本发明应用)中nh3和h2s累积排放量分别为1870.4mg/kg堆肥有机物料(干物质)和298mg/kg堆肥有机物料(干物质)，实施例3(本发明应用)中nh3和h2s的累积排放量分别减少30％和45％。其堆肥产品的氮和硫以nh3和h2s的形式的累积损失量分别减少30％和45％。
实施例4本发明应用
实施地点：云南省临沧市某有机肥(堆肥)厂
实施例4除以下操作与实施例3不同外，其余操作步骤与实施例3相同。
实施材料与方法：
对照2：常规槽式堆肥(在高温期不用本发明的炭基生物复合除臭材料)。堆肥材料为鸡粪。
本发明应用:常规槽式堆肥。堆肥材料与对照2相同。在堆肥高温期(500c≤堆肥高温期温度≤700c)，每次翻堆后在堆体表面均匀撒厚度2～3mm的实施例2所制得的炭基生物复合除臭材料，每次在翻堆的时候随着堆肥物料将上一次撒在堆体表面的炭基生物复合除臭材料一并翻入堆肥物料里，如此重复3次。
效果：
采用本发明制作的炭基生物复合除臭材料，能够有效地降低堆肥厂区nh3和h2s的浓度。其对照2和实施例4(本发明应用)堆肥中nh3和h2s的测定方法与实施例3相同。
nh3和h2s排放浓度最高的时期：实施例4在堆肥第4天(nh3和h2s排放浓度最高的时期)，对照2处理中nh3和h2s的浓度分别为2850mg/m3和43mg/m3，实施例4中nh3和h2s的浓度分别为456mg/m3和6.02mg/m3，与对照2相比，实施例4中nh3和h2s的浓度分别减少84％和86％。
整个堆肥过程中nh3和h2s的累积排放量：对照2处理中堆肥过程中nh3和h2s累积排放量分别为2534mg/kg堆肥有机物料(干物质)和498mg/kg堆肥有机物料(干物质)，实施例4中nh3和h2s累积排放量分别为963mg/kg堆肥有机物料(干物质)和164mg/kg堆肥有机物料(干物质)，与对照2相比，实施例4在整个堆肥过程中nh3和h2s的累积排放量分别减少62％和67％。其堆肥产品的氮和硫以nh3和h2s的形式的累积损失量分别减少62％和67％。