一种环保生态厕所用复合菌剂的制备及其应用

1.本发明涉及微生物技术领域，具体涉及一种环保生态厕所用复合菌剂的制备及其应用。


背景技术：

2.由于我国人口众多，每天产生的人粪尿体量巨大，所以如何解决粪污及其恶臭是大家面临的普遍难题。而我国多数城镇居民家中均采用水冲厕所，人粪尿通过城镇生活污水排放管网进入污水处理厂进行处理。但是，水冲式厕所不但使粪污增量，而且粪污稀释后增加了无害化处理的难度，不利于粪肥资源的再利用。一些老城区和农村，尤其是在我国高寒和荒漠地区，水资源极度匮乏，仍存在旱厕，其粪污管控的难度大和封闭性较差，造成严重的环境污染；还有一些露天粪池，臭气和蚊蝇问题突出，大大降低了人们的生活质量。虽然农村具有粪肥利用的条件，但如果粪便中携带病毒病菌，未进行无害化处理，接触的人们就存在被感染的风险，还会造成环境的二次污染。因此，实施粪便恶臭污染控制和管理，开展脱除恶臭气体的研究具有重要意义。
3.目前，已进行应用的微生物菌剂如中国专利申请公开号为cn110157644a的发明专利，公开了通过弯曲芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌配合，能够固硫、固氮又能有效去除具有臭味和毒性的硫化氢、氨气；但其生物多样性指数较低，成分单一，难以短时间内发挥作用，除臭效率不高。如中国专利申请公开号为cn106967640a的发明专利，公开了通过假单胞菌和芽孢杆菌相互配合、综合治理恶臭，能够达到比单菌种更好的除臭效果；但所含假单胞菌等条件致病菌，对人体和环境存在潜在风险。因此，制备高效复合微生物除臭菌剂，不仅需要保证除臭效果，微生物能迅速在臭源中增殖形成有益的菌群体系，有效降低粪便释放的恶臭强度，同时还需兼顾菌株的安全性。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种能够进行粪便降解和臭源抑制的高效微生物复合除臭菌剂及其制备方法。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
6.本发明公开了一种环保生态厕所用复合菌剂，所述复合菌剂包括乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌。
7.优选的，所述乳酸片球菌保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为cgmcc no：19770，和/或，所述贝莱斯芽孢杆菌保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为cgmcc no：19769。
8.优选的，所述乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌的菌液浓度均为109cfu/ml。
9.优选的，在所述复合菌剂中，所述乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌菌液的体积比为0.5～2:0.5～2。
10.优选的，所述复合菌剂还包括微生物水果酵素。
11.优选的，所述微生物水果酵素是通过在水果和红糖中接种乳杆菌和生香酵母进行发酵过滤后制得。
12.相应的，一种环保生态厕所用复合菌剂的制备方法，将乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌进行活化后，分别接种于液体培养基中，培养至菌液浓度分别为109cfu/ml，将两种菌液混合后即得液态菌剂，最后在液态菌剂中按10～15％，v/v，添加微生物水果酵素，即得液态复合菌剂。
13.优选的，在所述液态复合菌剂中添加吸附剂，搅拌均匀，烘干后得到烘干复合菌剂；然后在烘干复合菌剂中加入促进剂，搅拌均匀后，即得固态复合菌剂。
14.优选的，所述吸附剂由麸皮、米糠和酒糟混合后制得，所述促进剂为酵母粉；在液态复合菌剂中，活菌数≥109cfu/ml，所述吸附剂的添加量为0.5～2kg/l；在烘干复合菌剂中，所述促进剂的添加量为4～7g/kg。
15.相应的，所述复合菌剂在生态厕所粪污除臭处理中的应用。
16.本发明具备以下有益效果：
17.1.本发明所提供的复合菌剂中的微生物可以在生态厕所粪污中良好生长，占据有利生态位，抑制了产恶臭微生物的生长繁殖，降低恶臭释放强度，实现了恶臭原位源头控制。同时促进粪便腐熟降解，缩小粪污体积。达到零污染、零感染、零废弃物排放，资源化、无害化、减量化的“三零三化”要求。
18.2.本发明提供的复合菌剂由有益微生物乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌构成，菌剂活性特别高，能迅速在臭源中增殖形成高效稳定的益生菌体系。乳酸菌产酸能力超强，酵母菌分泌生理活性物质,促进粪污的发酵运转，构建充满有益微生物的如厕环境，有效改善了厕所卫生状况，减少了病菌滋生，保证了入厕安全、舒适、卫生。
19.3.本发明实现了菌株的有效组合，组合后的菌剂比单菌除臭效果明显提高。乳酸菌作为领头菌，有益菌间互利共存，快速生长为优势菌种,对产臭有害菌起到抑制作用；同时，酵母菌还会产生香味,可对臭气起到掩盖作用。
20.4.本发明所提供的复合菌剂适用范围广，在内蒙古自治区等高寒干旱的地方均能正常使用，生长温度较宽泛，可以耐高温和低温，降解除臭作用效果显著。复合菌剂中包含的菌株均从垃圾场渗滤液、酒糟中筛选得到，不会对生态环境和畜禽动物造成危害。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.若未特别指明，实施举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。
23.1.本发明提供了一种环保生态厕所用复合菌剂，该复合菌剂包括乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌。将乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌发酵后菌液浓度均为109cfu/ml。在复合菌剂中，乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌菌液的体积比为0.5～2:0.5～2，优选为1:1。
24.其中，乳酸片球菌(pediococcus acidilactici，编号为wp)保藏于中国微生物菌
种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为cgmcc no.19770；和/或，贝莱斯芽孢杆菌(bacillus velezensis，编号为wb)保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为cgmcc no.19769。乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌均于2020年05月06日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院。
25.乳酸片球菌wp的生理生化鉴定结果见下表1所示，贝莱斯芽孢杆菌wb的生理生化鉴定结果见下表2所示。
26.表1乳酸片球菌wp生理生化鉴定结果
[0027][0028]
表2贝莱斯芽孢杆菌wb生理生化鉴定结果
[0029][0030]
进一步的，在复合菌剂中，除乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌外，还包括微生物水果酵素。微生物水果酵素是通过在水果和红糖中接种乳杆菌和生香酵母进行发酵过滤后制得。微生物水果酵素的加入量占乳酸片球菌和贝莱斯芽孢杆菌混合菌液的10～15％(v/v)。
[0031]
微生物水果酵素的具体制备过程为：将水果切块后和水按照一定比例装入发酵桶中，装样量为发酵桶容积的80～85％，同时，将红糖融化后一并加入；再将有益微生物(植物乳杆菌、生香酵母)菌液接种在发酵桶内的原料中，搅拌均匀，然后铺上塑料膜防止酵素流失。发酵3个月，进行过滤后，即得酵素滤液。其中，有益微生物菌液的添加量为水果和水的混合物重量的0.006～0.7％，活菌量为(0.5～10)
×
108cfu/ml。
[0032]
其中，水、水果和红糖的质量比为10:3:1，水果选择苹果、梨、橘皮、柚子皮等不易腐败且具有果香的水果进行切块。
[0033]
2.本发明还提供了一种环保生态厕所用复合菌剂的制备方法，在对复合菌剂进行制备的过程中，所使用的培养基如下：
[0034]
①
进行高温灭菌处理(121℃，30min)的mrs固体培养基定量备用，其配方为：蛋白胨10g/l，牛肉膏10g/l，酵母膏5g/l，葡萄糖5g/l，乙酸钠5g/l，柠檬酸二铵2g/l，吐温80 1g/l，硫酸镁0.58g/l，硫酸锰0.05g/l，磷酸氢二钾2g/l，琼脂15-20g/l，ph 6.2。
[0035]
②
进行高温灭菌处理(121℃，30min)的牛肉膏蛋白胨固体培养基定量备用，其配方为：牛肉膏3g/l，蛋白胨10g/l，nacl 5g/l，琼脂15-20g/l，ph7.0-7.2。
[0036]
③
进行高温灭菌处理(115℃，30min)的mrs液体培养基定量备用，其配方为上述
mrs固体培养基中不加琼脂。
[0037]
④
进行高温灭菌处理(121℃，20min)的牛肉膏蛋白胨液体培养基定量备用，其配方为上述牛肉膏蛋白胨固体培养基中不加琼脂。
[0038]
本发明复合菌剂的制备过程如下：
[0039]
(1)将乳酸片球菌wp接入mrs固体斜面培养中活化备用，将贝莱斯芽孢杆菌wb接入牛肉膏蛋白胨固体斜面培养基中活化备用；
[0040]
(2)将活化后的乳酸片球菌wp接入mrs液体培养基，贝莱斯芽孢杆菌wb接入牛肉膏蛋白胨液体培养基，在30℃、160r/min的条件下，进行振荡培养24h；
[0041]
(3)将培养好的乳酸片球菌wp菌液和贝莱斯芽孢杆菌wb菌液进行计数调节，分别调节至各菌株的菌液浓度分别为109cfu/ml，再按照1:1的体积比将两种菌液进行混合组成混合菌液，再添加10～15％(v/v)已经制备好的酵素滤液，最终得到液态复合菌剂。在液态复合菌剂中，活菌数≥109cfu/ml，ph 5-7；悬液、颜色棕黄。
[0042]
进一步的，还可将制备好的液态复合菌剂制备成固体复合菌剂，具体制备过程为：在上述制备好的液态复合菌剂中添加吸附剂，搅拌均匀后，在40℃恒温培养箱中烘干培养20～24h，直至含水量为15～20％，即得烘干复合菌剂；然后，在烘干复合菌剂中添加促进剂，搅拌均匀后，即得固态复合菌剂，定量封包低温(4～10℃)保存。在固态复合菌剂中，活菌数≥109cfu/ml，颗粒干燥，表面乳白。
[0043]
其中，吸附剂由灭菌处理过的麸皮、米糠和酒糟按体积比2～4:2～4:1～3(优选为2:2:1)混合后制得，在液态复合菌剂中，吸附剂的添加量为0.5～2kg/l，优选为1kg/l；促进剂为酵母粉，在烘干复合菌剂中，促进剂的添加量为4～7g/kg，优选为5g/kg。
[0044]
3.本发明还公开了将复合菌剂应用到对环保生态厕所的粪污进行除臭处理中，主要是对环保生态厕所进行除臭和粪便腐熟降解，同时减少蚊蝇、改善厕所卫生条件。具体应用方法为：粪便在进入马桶内的发酵槽后，依靠发酵槽中的螺旋搅拌器转动，将填料、固态复合菌剂和粪便混合。在恒温(35℃)状态下，复合菌剂中的微生物将固体排泄物分解为二氧化碳、水和少量粪渣；而尿液则经液态复合菌剂处理脱臭，具体按照尿液的1～2％添加液态复合菌剂。而固体排泄物和尿液经过处理后，均可制成农家肥，实现粪肥资源无害化利用。其中，填料包括木屑、稻壳和秸秆粉，具体配比根据实际情况进行常规配制即可。需要注意的是：本发明所制备的复合菌剂与生态马桶(坐便器)配套使用，一般情况下，一个马桶(坐便器)添加400～600g菌剂，添加3～6kg填料，持续运行，半年或一年以后再换料加复合菌剂。由于粪便中会伴随着尿液，因此，投加的菌剂一般选择固态复合菌剂。
[0045]
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。
[0046]
实施例1
[0047]
1.向装有400g新鲜猪粪的烧杯(1l)中加入10ml液态复合菌剂，保鲜膜密封烧杯，按照上述方法，分别向装有400g新鲜猪粪的烧杯(1l)中加入乳酸片球菌wp菌液和贝莱斯芽孢杆菌wb菌液，每个烧杯中只加一种菌液。同时，以不加菌剂作为对照组，每组实验设置三个重复，置于35℃恒温箱培养，每天定时搅拌；同时，用不同的菌种设置多个对比组，具体见下方的对比例。7d后，取样测定挥发性固体vs、臭气强度值、nh3浓度和h2s浓度。根据vs的变化情况来衡量菌剂的降解性能，根据臭度、nh3浓度和h2s浓度变化情况来衡量菌剂的除臭效果。变化情况来衡量菌剂的除臭效果。结果见下表3所示。结果显示：组合后的菌剂比单菌除
臭效果明显提高。
[0048]
表3菌剂降解除臭效果
[0049][0050]
2.在上述实验的基础上，继续进行实验。具体为：根据上述实验，在7d取样检测后，继续每天定时搅拌，分别在14d、21d和30d的时候，进行取样检测。具体结果见下表4所示。根据对照组显示，随着时间的增加，对照组的粪便散发的vs、臭气强度值、nh3浓度和h2s浓度也随之增加至稳定。
[0051]
表4菌剂在不同时间段的降解除臭效果
[0052][0053]
由上表4的结果显示：随着降解时间的延长,培养物中残留有机固形物含量趋向减少,vs值随着时间的延长而下降，说明所测菌种对粪便中固形物有降解作用。新鲜粪便培养物在经过一段强臭味阶段后基本达到无臭无味,这表明复合菌剂对粪便在降解过程中所产生的恶臭有较强的脱臭效果。
[0054]
3.当粪便中的vs、臭气强度、nh3浓度和h2s浓度达到最高值或在稳定阶段时，为了
验证本发明的复合菌剂对上述物质的降解除臭效果，在上述步骤2，实验30d后，在对照组的粪便中加入复合菌剂，对照组设置六组，每三组为一个实验，分别加入10ml液态复合菌剂和10g固体复合菌剂。无需搅拌，每隔3天取样测定挥发性固体vs、臭气强度值、nh3浓度和h2s浓度。具体结果见下表5所示。结合表4和表5，可以看出，本发明所公开的复合菌剂无论是在粪便产生臭气和vs的过程中，用复合菌剂进行处理；还是在vs和臭气稳定的情况下，用复合菌剂对其进行处理，都能有效的降解vs和除臭。而固体复合菌剂由于其较大的表面积，使得臭气与其接触面较大。因此，固体复合菌剂对臭气的处理效果好。但是，vs由于能够直接与液态复合菌剂直接接触，使得液态复合菌剂对vs的处理效果好。
[0055]
表5菌剂在高浓度恶臭下的降解除臭效果(降低率/％)
[0056][0057]
对比例
[0058]
1.按照实施例1的步骤1中的实验方式，采用其他菌种进行对比实验。不同菌种的复配见下表a所示。各菌种的菌液浓度均为109cfu/ml，各组有两种菌株的菌液的体积比为1:1，组1为1:1:1:1。每组菌株制成的菌液的用量与实施例1的相同。
[0059]
表a不同菌种的复配
[0060]
[0061][0062]
2.在实验7d、14d、21d、30d后，取样测定挥发性固体vs、臭气强度值、nh3浓度和h2s浓度。具体结果见下表b所示。
[0063]
表b不同菌种的除臭效果(降低率％)
[0064]
[0065][0066]
3.根据表b，在不同体积比的菌液的除臭效果见下表c所示。为节约篇幅，表c只体现30d后的一个除臭效果。表c中的比值是按照表a中从左至右的顺序进行的。
[0067]
表c不同体积比的菌种的除臭效果(降低率％)
[0068]
[0069][0070]
实施例2
[0071]
在成都青龙湖湿地公园选择四个生态厕所，向其中投加5kg填料和500g固态复合微生物菌剂(活化后)，启动装置，投入使用；与其它不加菌剂的生态厕所作对照。分别在7d、14d、21d和30d后取样测定挥发性固体vs、臭气强度值、nh3浓度和h2s浓度，取平均值。根据vs的变化情况来评价菌剂的降解性能，根据臭度、nh3浓度和h2s浓度变化情况来评价菌剂的除臭效果。测定结果如下表6。
[0072]
表6菌剂降解除臭效果
[0073][0074]
实施例3
[0075]
在成都市双流区选一工厂，安装四台生态厕所的新型坐便器装置，分别向装有5kg填料的其中三台马桶中加入500g固态复合微生物菌剂(活化后)，启动装置，投入使用；同时另一台做不加菌剂的作对照，分别在7d、14d、21d和30d后取样测定挥发性固体vs、臭气强度值、nh3浓度和h2s浓度，取平均值。根据vs的变化情况来评价菌剂的降解性能，根据臭度、nh3浓度和h2s浓度变化情况来评价菌剂的除臭效果。测定结果如下表7。
[0076]
表7菌剂降解除臭效果
[0077][0078]
实施例4
[0079]
在内蒙古自治区巴彦淖尔市的乌拉特后旗整村推进生态坐便器，进行30户的小批量测试，分别向每家每户的马桶装入5kg填料，15户作为不加菌剂的对照组，另外15户添加500g固态复合微生物菌剂(活化后)，启动装置，投入使用；在坐便器分别运行7d、14d、21d和30d后，取样测定挥发性固体vs、臭气强度值、nh3浓度和h2s浓度，取平均值。根据vs的变化情况来评价菌剂的降解性能，根据臭度、nh3浓度和h2s浓度变化情况来评价菌剂的除臭效果。测定结果如下表8。结果显示：菌剂形成的菌系稳定，效果提升，在日使用频次较高的农家，仍能够发挥降解除臭功能。
[0080]
表8菌剂降解除臭效果
[0081][0082][0083]
实施例5
[0084]
在内蒙古自治区纳林湖景区选择八个移动公共厕所安装生态坐便器，向其中四个投加5kg填料和500g固态复合微生物菌剂(活化后)，启动装置，投入使用；与其它四个不加菌剂的移动公共厕所作对照。分别在7d、14d、21d和30d后取样测定挥发性固体vs、臭气强度值、nh3浓度和h2s浓度，取平均值。根据vs的变化情况来评价菌剂的降解性能，根据臭度、nh3浓度和h2s浓度变化情况来评价菌剂的除臭效果。测定结果如下表9。结果显示：即使在高寒干旱地区，复合菌剂依然能够发挥降解粪便并抑制产臭的作用。
[0085]
表9菌剂降解除臭效果
[0086][0087]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。