(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108456024 A(43)申请公布日 2018.08.28
(21)申请号 201810066775.7(22)申请日 2018.01.24
(71)申请人 东北农业大学
地址 150030 黑龙江省哈尔滨市香坊区木
材街59号(72)发明人 贾立明 陈晓蒙 魏自民 赵越
张多英 魏丹 段颖 刘元海 (74)专利代理机构 哈尔滨市文洋专利代理事务
所(普通合伙) 23210
代理人 何强(51)Int.Cl.
C05F 17/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页
(54)发明名称
一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法
(57)摘要
一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，涉及一种有机废弃物堆肥微生物修复方法。本发明是要解决现有的微生物修复方法会带来二次污染的问题。方法：一、选取含重金属的有机废弃物；二、取填料浸泡于有机碳源后，取出晾干备用；三、针对特定微生物处理重金属污染的机理不同来确定添加填料的时间；四、堆肥过程中定期翻堆，堆肥周期持续2周后，将球形多孔介质类填料取出；五、重复步骤三至步骤四，直到物料中重金属含量达到目标值为止。本方法通过填料携带的有机碳源营养液来将土壤中已携带了重金属的微生物提取出来，从而使重金属污染物彻底根除。本发明用于有机废弃物堆肥领域。
CN 108456024 ACN 108456024 A
权 利 要 求 书
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1.一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、选取含重金属的有机废弃物，调节水分至60％-70％、C/N为(19-21)：1；二、取抗降解球形多孔介质类填料浸泡于有机碳源后，取出干燥备用；三、针对特定微生物处理重金属污染的机理不同来确定添加填料的时间，具体如下：针对胞外聚合物吸附重金属型的微生物修复菌剂，先将修复菌剂接种于步骤二处理后的填料中，均匀混拌于步骤一调节后的有机废弃物中进行堆肥；
针对胞内吸收重金属型的微生物修复菌剂，先将修复菌剂接种到步骤一调节后的有机废弃物中进行堆肥，在微生物生长指数期末期，在堆肥物料中均匀混入步骤二处理后的填料；
四、堆肥过程中定期翻堆，水分保持在55％～65％，温度控制在45℃以下，堆肥周期持续2周后，将球形多孔介质类填料取出；
五、重复步骤三至步骤四，直到物料中重金属含量达到目标值为止。
2.根据权利要求1所述的一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，其特征在于：步骤一中有机废弃物为畜禽粪便、污泥、生活垃圾或农业废弃物。
3.根据权利要求1或2所述的一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，其特征在于：步骤二所述干燥为烘干或风干。
4.根据权利要求3所述的一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，其特征在于：步骤二中所述填料为球形多孔介质，具体为棉花球、海绵或聚酰胺。
5.根据权利要求4所述的一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，其特征在于：所述球形多孔介质的孔隙率为50％以上。
6.根据权利要求1、2或4所述的一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，其特征在于：步骤二中所述有机碳源为葡萄糖溶液。
7.根据权利要求6所述的一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，其特征在于：步骤三中所述胞外聚合物吸附重金属型的微生物修复菌剂为不解糖假苍白杆菌(Pseudochrobactrum asaccharolyticum)ZS2、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)R08或念珠蓝细菌(Nostoc)。
8.根据权利要求7所述的一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，其特征在于：步骤三中所述胞内吸收重金属型的微生物修复菌剂为不动杆菌(Acinetobacter sp.)USTB-F或耐金属贪铜菌(Cupriavidus metallidurans)CH34。
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CN 108456024 A
说 明 书
一种含重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种有机废弃物堆肥微生物修复方法。
背景技术
[0002]近年来，随着我国畜禽养殖业的迅速发展，产生了大量的畜禽粪便。而我国畜禽饲料中存在超量添加微量重金属的现象，一些微量金属元素如铜、锌、砷，不仅可以作为动物生长所必须的养分，而且能起到防治疾病、提高饲料效率、促进动物生长等作用，因此也被广泛应用于饲料添加剂中。由于重金属不能在动物体内完全吸收代谢，大部分以原药的形式随粪便排泄出来，这些有毒有害污染物不仅严重威胁我国畜禽产品的质量安全，而且随着畜禽粪便农用进入土壤、水体，给环境和人体健康带来了巨大的潜在危害。重金属在环境中的存在形态包括：1)溶解于水；2)存在于颗粒物表面的离子交换位上；3)吸附或络合在固体颗粒表面；4)以共沉淀的方式存在；5)与有机质结合形成配合物；6)存在于矿物质的晶格中。可见，重金属在环境中可以以多种形式存在，不同形态的重金属结合机理和毒性都不同。好氧堆肥和厌氧消化是畜禽粪便无害化、资源化利用的主要手段，堆肥是一个复杂的物理、化学与生物过程，堆肥原料内部混合物相互之间的作用机理比较复杂，从而导致堆肥影响因素较多。根据研究，可控工艺技术主要包括：水分、供氧、温度、C/N比、添加剂，通过合理地可以减少重金属的生物有效形态，钝化堆肥原料中的重金属。但当外界环境(如温度、pH等)改变时，重金属的形态可能也会再次随之改变，造成二次污染，不能实际地解决重金属污染问题。
[0003]目前有许多重金属去除方法，如化学沉积法、物理化学法、植物修复法、微生物修复法，其中微生物修复技术具有成本低、修复时间短、操作容易、菌株可通过驯化提高耐性、菌株资源丰富、能耗低等诸多优点，是未来解决重金属污染问题最为理想的方法。但是，由于目前的技术仍然不能将用于修复的微生物从中提取出来，待微生物死后重金属污染元素又会被重新释放，并不能将重金属实际除去，会带来二次污染的问题。所以，大大了微生物修复的应用和推广。
发明内容
[0004]本发明是要解决现有的微生物修复方法会带来二次污染的问题，提供一种重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法。
[0005]本发明重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，按以下步骤进行：[0006]一、选取含重金属的有机废弃物，调节水分至60％-70％(质量)、C/N为(19-21)：1；[0007]二、取抗降解球形多孔介质类填料浸泡于有机碳源后，取出干燥备用；[0008]三、针对特定微生物处理重金属污染的机理不同来确定添加填料的时间，具体如下：
[0009]针对胞外聚合物吸附重金属型的微生物修复菌剂，先将修复菌剂接种于步骤二处理后的填料中，均匀混拌于步骤一调节后的有机废弃物中进行堆肥；
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说 明 书
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针对胞内吸收重金属型的微生物修复菌剂，先将修复菌剂接种到步骤一调节后的
有机废弃物中进行堆肥，在微生物生长指数期末期，在堆肥物料中均匀混入步骤二处理后的填料；[0011]四、堆肥过程中定期翻堆，水分保持在55％～65％，温度控制在45℃以下，堆肥周期持续2周后，将球形多孔介质类填料取出，测定填料上重金属含量；[0012]五、重复步骤三至步骤四，直到物料中重金属含量达到目标值为止。[0013]进一步的，步骤一中有机废弃物为畜禽粪便、污泥、生活垃圾或农业废弃物(如秸秆)等。
[0014]进一步的，步骤二中所述干燥为烘干或风干。[0015]进一步的，步骤二中所述填料为球形多孔介质，如棉花球、海绵、聚酰胺等，具有较大的孔隙率，孔隙率达到50％以上。[0016]进一步的，步骤二中所述有机碳源为葡萄糖等含有丰富碳源的溶液，含碳量达到20％以上。
[0017]进一步的，步骤二中所述浸泡后的填料要烘干或风干，使其保持干燥并且含有空隙，使其保持干燥，能为微生物提供营养和栖息场所，并处于半饱或有空隙的状态。[0018]进一步的，步骤三中所述胞外聚合物吸附重金属型的微生物修复菌剂为不解糖假苍白杆菌(Pseudochrobactrum asaccharolyticum)ZS2、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)R08或念珠蓝细菌(Nostoc)；其中所述不解糖假苍白杆菌ZS2已在文章《抗锌细菌ZS2的分离鉴定及抗金属特性研究》(瞿佳，生物技术通报，2016.08)中公开，地衣芽孢杆菌R08已在文章《地衣芽孢杆菌R08吸附Ag+的物理化学特性研究》(孙道华，2008)中公开，所述念珠蓝细菌已在文章《聚乙二醇模拟干旱胁迫对液体悬浮培养发状念珠蓝细菌生长及生理生化的影响》(丁振，2012)。[0019]进一步的，步骤三中所述胞内吸收重金属型的微生物修复菌剂为不动杆菌(Acinetobacter sp.)USTB-F或耐金属贪铜菌(Cupriavidus metallidurans)CH34。其中所述不动杆菌USTB-F已在文章《一株耐铜不动杆菌USTB-F的富集特性》(环境化学，2011年4月第30卷第4期)中公开，所述耐金属贪铜菌CH34已在文章《贪铜菌6-5双组分信号系统czcR2-czcS2的克隆和生物信息学分析》(中国农学通报，2014)中公开。[0020]进一步的，步骤四中所述定期翻堆主要为了改变填料位置，均匀修复堆肥物料。[0021]进一步的，步骤四中所述温度应控制在45℃以下，是为了避免接种微生物受到高温伤害。
[0022]本发明的有益效果：[0023]1、本方法通过填料携带的有机碳源营养液来将土壤中已携带了重金属的微生物提取出来，从而使重金属污染物彻底根除。本方法单次使用填料重金属的去除率大于30％，多次更换填料重金属的去除率可达60％以上。[0024]2、由于本发明方法是将携带了微生物的球形多孔介质类填料取出，从而有效地将重金属从堆肥中提取出来，避免二次污染。[0025]3、本发明方法经济适用、操作简便、提取效果好、修复时间短、节能环保，不存在重金属二次污染问题。
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说 明 书
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具体实施方式
[0026]本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
[0027]具体实施方式一：本实施方式重金属有机废弃物堆肥微生物修复方法，按以下步骤进行：[0028]一、选取含重金属的有机废弃物，调节水分至60％-70％(质量)、C/N为(19-21)：1；[0029]二、取抗降解球形多孔介质类填料浸泡于有机碳源后，取出干燥备用；[0030]三、针对特定微生物处理重金属污染的机理不同来确定添加填料的时间，具体如下：
[0031]针对胞外聚合物吸附重金属型的微生物修复菌剂，先将修复菌剂接种于步骤二处理后的填料中，均匀混拌于步骤一调节后的有机废弃物中进行堆肥；[0032]针对胞内吸收重金属型的微生物修复菌剂，先将修复菌剂接种到步骤一调节后的有机废弃物中进行堆肥，在微生物生长指数期末期，在堆肥物料中均匀混入步骤二处理后的填料；[0033]四、堆肥过程中定期翻堆，水分保持在55％～65％，温度控制在45℃以下，堆肥周期持续2周后，将球形多孔介质类填料取出；[0034]五、重复步骤三至步骤四，直到物料中重金属含量达到目标值为止。[0035]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中有机废弃物为畜禽粪便、污泥、生活垃圾或农业废弃物。其它与具体实施方式一相同。[0036]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二所述干燥为烘干或风干。其它与具体实施方式一或二相同。[0037]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述填料为球形多孔介质，具体为棉花球、海绵或聚酰胺。其它与具体实施方式一至三之一相同。
[0038]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述球形多孔介质的孔隙率为50％以上。其它与具体实施方式四相同。[0039]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述有机碳源为葡萄糖溶液。其它与具体实施方式一至五之一相同。[0040]具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中所述胞外聚合物吸附重金属型的微生物修复菌剂为不解糖假苍白杆菌(Pseudochrobactrum asaccharolyticum)ZS2、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)R08或念珠蓝细菌(Nostoc)。其它与具体实施方式一至六之一相同。[0041]具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中所述胞内吸收重金属型的微生物修复菌剂为不动杆菌(Acinetobacter sp.)USTB-F或耐金属贪铜菌(Cupriavidus metallidurans)CH34。其它与具体实施方式一至七之一相同。[0042]具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中水分保持在60％。其它与具体实施方式一至八之一相同。[0043]下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进
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说 明 书
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行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0044]实验例1：
[0045]本实施例重金属有机废弃物堆肥针对胞外吸附型的微生物修复方法，包括以下步骤：
[0046]一、取1kg加饲料生长的鸡和牛粪便，并测定粪便中锌含量，调节水分到60％-70％、C/N大约为20：1；[0047]二、取棉花球浸泡于质量浓度0.5％的葡萄糖溶液中浸泡12h后，取出晾干备用；[0048]三、将不解糖假苍白杆菌(Pseudochrobactrum asaccharolyticum)ZS2接种于步骤二处理后的棉花球中，均匀混拌于步骤一调节后的粪便中进行堆肥；[0049]四、堆肥过程中定期翻堆，水分保持在60％左右，温度控制在40℃左右，堆肥周期持续2周后，将棉花球取出，测定填料上重金属含量；[0050]五、重复步骤三至步骤四，直到物料中重金属含量达到目标值为止。[0051]对照组：与本实施例方法的区别仅在于步骤二中不接种修复菌剂。[0052]重复以上过程多次，最后测定堆肥后样品和填料(棉花球)中锌元素含量，并换算成质量如表1所示。[0053]表1
[0054]
本实验例证明本发明方法能够快速去除堆肥中的重金属，可在60天内去除堆肥中
的重金属。单次实验重金属去除率大于30％，更换10次填料重复实验去除率可达60％以上。本发明方法从真正意义上实现了重金属从堆肥样品中分离和除去，且不产生二次污染。[0056]实验例2:
[0057]本实施例重金属有机废弃物堆肥针对胞内吸收型的微生物吸附方法，包括以下步骤：
[0058]一、取1kg加饲料生长的牛粪便，并测定其中铜含量，调节水分到60％-70％、C/N大约为20：1；[0059]二、取棉花球浸泡于质量浓度0.5％的葡萄糖溶液中浸泡12h后，取出晾干备用；[0060]三、将不动杆菌(Acinetobacter sp.)USTB-F接种到步骤一的牛粪中进行堆肥，每隔30分钟测定微生物的OD值，在微生物生长指数期末期(OD值达到峰值后)，在堆肥物料中均匀混入步骤二处理后的棉花球；[0061]四、堆肥中定期翻堆，水分保持在60％左右，温度控制在40℃左右，10后将棉花球取出，测定填料上重金属含量；[0062]五、重复步骤三至步骤四，直到物料中重金属量达到目标值为止。[0063]对照组:与本实施例方法的区别仅在于步骤二中不接种修复菌剂。[00]重复以上过程多次，最后测定堆肥后样品和棉花中铜元素含量，并换算成质量如
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CN 108456024 A
说 明 书
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表2所示。[0065]表2
[0066]
原始堆肥样品实验组堆肥样品对照组堆肥样品实验组填料对照组填料51.02mg29.67mg49.48mg19.94mg1.03mg
[0067]本实验例针对胞内吸收型菌剂去除重金属，单次实验重金属去除率大于15％，更换10次填料重金属的去除率达到40％以上。说明本发明方法可行并实用，可以从真正意义上去除重金属，降低环境危害，且不产生二次污染。
牛粪
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