專利名稱：黃腐植酸肥料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于肥料領域，具體而言，本發明涉及黃腐植酸肥料的生產方法，尤其是以糖蜜酒精發酵廢液為原料來生產腐植酸肥料。另外，本發明還提供了所述生產方法獲得的肥料以及其中所用的試劑等。
背景技術：
在土壤學上，腐植酸是復雜而分子量不均一的羥基苯羧酸的混合物，根據顏色以及溶解性質的不同，可以分成三類，其中可溶于酸、堿和水，且呈黃色溶液的被稱為黃腐植酸；不溶于水和酸，但可溶于堿和乙醇，且呈棕色溶液的被稱為棕腐植酸；既不溶于酸，也不溶于乙醇或丙酮，但溶于堿溶液中且呈黑色溶液的被稱為黑腐 植酸。最初，腐植酸是通過泥炭、褐煤或風化煤提取的，即先溶于0. 2M NaOH溶液中，取溶液部分(通常呈深褐色)加鹽酸酸化，溶解的黃色溶液為黃腐植酸，可以用于定量(通常也用黃腐植酸的含量來表征腐植酸的含量)；沉淀部分含有棕腐植酸和黑腐植酸，可以進一步用有機溶劑分離。當前已經有用芽胞桿菌、鏈霉菌和煙曲霉來從甘蔗制糖殘渣來制取腐植酸(參見中國專利申請200910241362. 9)。但是，在制糖和/或聯合制糖制酒精(利用制糖后產生的糖蜜廢水制酒精)的過程中，產生的最大污染物不是甘蔗殘渣這一容易壓縮、降解和填埋的固形物，而是糖蜜酒精發酵廢液。糖蜜酒精發酵廢液是一種腐蝕性(酸性)強的高COD廢水，直接排入環境會造成嚴重的污染。為此，人們研究了將糖蜜酒精發酵廢液處理成肥料的方法，以此來變害為寶。例如，中國專利90110379. 9公開了一種制造有機復合肥料的方法，其先將糖蜜發酵廢液蒸發濃縮，然后加酸消化，再加入磷酸鈣等骨料，其中不利用微生物發酵。但是，由于糖蜜發酵廢液本身呈酸性，加酸后PH更低，因此容易造成磷酸鈣等骨料被酸化而造成磷的流失，影響肥力。中國專利97112080. 3公開了利用糖蜜酒精廢液生產活性有機復合肥料的方法，其將酒精廢液、甘蔗渣、濾泥和污泥混合后用空氣中和物料本身所攜帶的自然好氧菌進行發酵，然后加入從生產地點附近采集的腐生性微生物進行發酵。這一方法的最大問題是濾泥、污泥、好氧菌和腐生性微生物的質量難以控制，不穩定的發酵將造成肥料產品的質量不穩定，在產業上難以推廣。中國專利01138281. 3公開了利用糖蜜酒精糟(酒精廢液)生產有機復混肥的方法，其包括先用氫氧化鈉中和，然后蒸發濃縮，再加入石灰熟化，最后與肥料混合，其中不利用微生物發酵。這一方法實際沒有降解糖蜜酒精發酵廢液中的其他有害廢物(如酒精和其他可揮發產物等)的步驟，直接蒸發排入大氣，造成處理工廠周邊的環境污染。中國專利200310111476. 4公開了用有機肥料的生產方法，利用黑曲霉、綠色木霉、扣囊擬內孢霉、苦草芽孢桿菌和啤酒酵母來對主要由糖蜜酒精廢液和蔗渣、濾泥為主的組合物進行發酵。其中，動物有機肥和無機肥的加入量很少。
中國專利200610123838. 5公開了制造液體肥料原料的方法，其核心是對先對糖蜜酒精發酵廢液酸化，破壞酵母并使金屬鹽沉淀，然后加入氨水中和，在加入磷酸調節PH至1-2. 5，取其濾液作為肥料的原料。即使這一方法消耗大量的酸和堿的效率不說，單說最后形成的PH1-2. 5的濾液是酸性極強的液體，本身就難以處理(其腐蝕性就帶來了很大的處理難度)，而且期間加入的酸和氨水增加了體積，大大稀釋了本身營養成分(濃度)就不很高的廢液，更難加以利用了。中國專利200810107403.0公開了糖蜜酒精發酵液用作甘蔗液肥的方法，其實質上就是將糖蜜酒精發酵液稀釋后直接噴灑。但是，由于液體運輸的不便，如此之多的液體使用僅僅能在糖廠周邊使用，較難運輸到遠方使 用。綜上所述，當前還沒有成熟的糖蜜酒精發酵廢液的處理方法，而且各方法間相去甚遠，難以替代使用。然而，本發明人經過長期艱苦研究，令人意外地研究了一整套糖蜜酒精發酵廢液的處理方法，在處理糖蜜酒精發酵廢液的同時生產肥料，比現有技術更具有優勢。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供黃腐植酸肥料的制備方法。另外，本發明還提供了所述生產方法獲得的肥料以及其中所用的試劑等。具體而言，在第一方面，本發明提供了制備黃腐植酸肥料的方法，其包括(I)將糖蜜酒精發酵廢液通入沉淀池，加入堿調節pH ；(2)靜置后分離沉淀和上清液，取上清液同動物糞便、甘蔗殘渣和發酵菌劑混合，其中所述發酵菌劑包括存活的產黃纖維單胞菌(Cellulomonas flavigena)、干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、維捏蘭德固氮菌(Azotobacter vinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、特異腐質霉(Humicola insolens)、以及塊狀寡抱根霉(Rhizopus oligosporusvar. tuberosus)；(3)放置發酵步驟(2)得到的混合物，然后加入沉淀繼續放置，放置期間攪拌以保持該混合物內部溫度為50 60°C ;和(4)干燥步驟(3)得到的發酵產物并造粒。其中，堿優選是NaOH，為了不增加液體體積，優選是NaOH固體或其濃溶液。優選其中，經調節pH值后的糖蜜酒精發酵廢液可以進一步蒸發濃縮，提高其中固形物的含量，并最終以呈酸性的形式使用。但是，為了節約能源，在本發明的具體實施方式
中，不進行耗能的蒸發過程。在本文中，糖蜜酒精發酵廢液指的是制蔗糖殘留的糖蜜經制酒精后留下的廢棄物，包括液體和懸浮于其中的沉淀，這是現有常見(如，本文背景部分的文獻)的需要無害化處理的廢棄物。糖蜜酒精發酵廢液最終應當呈酸性使用。盡管按照現有技術，先用堿中和至中性，然后蒸發后再用酸調節至酸性，也涵蓋在本發明的范圍內。但是，中和至中性會有大量固形物沉淀出來，不利于用本發明的發酵菌劑發酵；而且，這一過程要浪費較多的酸和堿，效率不高。因此，優選在本發明的第一方面中，步驟(I)中直接調節PH至5. 5 5. 9，最優選直接調節pH至5. 8。
優選在本發明的第一方面中，所述發酵菌劑是將產黃纖維單胞菌(CellulomonasfIavigena)、干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、維捏蘭德固氮菌(Azotobactervinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、特異腐質霉(Humicola insolens)、以及塊狀寡孢根霉(Rhizopus oligosporus var. tuberosus)接種于由甘鹿殘洛、動物糞便、豆餅、和魚粉組成的培養基中活化而得的。上述微生物可以通過商業途徑從公共保藏機構購買，也可以委托商業公司根據普通的微生物培養方法培養，然后混合接種于由甘蔗殘渣、動物糞便、豆餅、和魚粉組成的培養基中活化，其中甘蔗殘渣、動物糞便、豆餅、和魚粉的重量比為I 3 0.5 I. 5 I 3 0.5 I. 5，優選為2 : I : 2 : I。活化溫度保持在是30±3°C。活化時間視接種量 而定，通常為3 7天，優選為5天。最終產生的發酵菌劑中各菌的含量均應當不小于IO6個/克。在本文中，甘蔗殘渣指的是甘蔗制蔗糖后的殘渣，是一種需要處理的廢棄物。在本文中，動物糞便是牛糞、豬糞或雞糞之一種或多種的混合物，優選是牛糞。這也是動物飼養場需要無害化處理的廢棄物。由于各種廢棄物中的成分差別較大，因此相應的重量比例也是很重要的。根據本發明人研究發現，在本發明的第一方面中，上清液、動物糞便、甘蔗殘渣和發酵菌劑的重量比為100 1000 500 2000 100 500 1，優選為300 700 600 1000 200 400 1，最優選為500 700 300 I。更優選地，上清液、沉淀、動物糞便、甘蔗殘渣和發酵菌劑的重量比為100 1000 100 500 500 2000 100 500 I，優選為 300 700 200 400 600 1000 200 400 1，最優選為 500 300 700 : 300 : I。優選在本發明的第一方面中，其中步驟(3)中放置發酵步驟(2)得到的混合物的時間為I 5天，優選為2 4天，最優選為3天；而步驟(3)中繼續放置的時間為10 15天，優選為11 14天，最優選為12天。期間，為了避免內部溫度過高，可以通過攪拌裝置翻動該混合物，在自然通氣狀態下帶走過多的熱量。在第二方面，本發明提供了由本發明第一方面所述的方法制備的黃腐植酸肥料。盡管不添加本發明的發酵菌劑，也能夠通過動物糞便和甘蔗殘渣等自帶的微生物生成有機肥料，但是其中黃腐植酸含量顯著低于本發明的黃腐植酸肥料。另外，由于動物糞便和甘蔗殘渣等來源復雜，其中的微生物菌群不穩定，造成多次發酵的結果不一致，導致最終肥料的成分(如，黃腐植酸)相差很大(如黃腐植酸含量為8 11%，不同批次可以相差25%之多)，這樣不穩定的肥料難以推廣應用。而本發明額外添加了發酵菌劑，使得最終肥料的成分(至少是黃腐植酸)穩定，因此可以很容易地與其他肥料(如，化肥)配制成復合肥，便于推廣應用。優選在本發明的第二方面中，黃腐植酸肥料含12 13% (重量)的黃腐植酸，優選含12. 4 12. 6% (重量)的黃腐植酸。在第三方面，本發明提供了活化發酵菌劑的方法，其包括將產黃纖維單胞菌(Cellulomonas fIavigena)、干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、維捏蘭德固氮菌(Azotobacter vinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)> 黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、特異腐質霉(Humicola insolens)、以及塊狀寡孢根霉(Rhizopus oligosporus var. tuberosus)接種于由甘鹿殘洛、動物糞便、豆餅、和魚粉組成的培養基中活化而得的。該方法優選用于本發明第一方面所述的方法中。優選在本發明的第三方面中，甘蔗殘渣、動物糞便、豆餅、和魚粉的重量比為I 3 0.5 I. 5 I 3 0.5 I. 5，優選為2 : I : 2 : I。另外優選在本發明的第三方面中，活化溫度保持在是30±3°C，活化時間為3 7天，優選為5天。最終產生的發酵菌劑中各菌的含量均應當不小于IO6個/克。本發明還提供了由本發明的第三方面所述的方法活化的發酵菌劑，其中產黃纖維單胞菌的含量為0. 8x10s 2. OxlO8個/克，干酪乳桿菌的含量為6. OxlO7 I. 2xl08個/克，維涅蘭德固氮菌的含量為2. OxlO7 8. OxlO7個/克，豌豆根瘤菌的含量為I. OxlO8
3.OxlO8個/克，黑曲霉的含量為7. 3xl06 8. OxlO6個/克，米曲霉的含量為6. OxlO6
10.OxlO6個/克，特異腐質霉的含量為2. OxlO6 8. OxlO6個/克，而且塊狀寡孢根霉的含量 為5. OxlO6 7. OxlO6個/克，優選產黃纖維單胞菌的含量為I. OxlO8 I. 7xl08個/克，干酪乳桿菌的含量為8. 2xl07 I. OxlO8個/克，維涅蘭德固氮菌的含量為3. 7xl07 5. 5xl07個/克，豌豆根瘤菌的含量為I. 9xl08 2. 2xl08個/克，黑曲霉的含量為7. 7xl06 7. 8xl06個/克，米曲霉的含量為8. IxlO6 9. OxlO6個/克，特異腐質霉的含量為3. 9xl06 5. 3xl06個/克，而且塊狀寡孢根霉的含量為5. 5xl06 6. 5xl06個/克。根據本發明人的研究，本發明的發酵菌劑成份穩定。本發明具有以下有益效果本發明的肥料制備方法能夠有效地發酵由糖蜜酒精廢液、動物糞便和甘蔗殘渣組成的發酵原料，發酵得到的黃腐植酸肥料成分穩定，便于推廣；本發明的肥料制備方法能夠同時無害化糖蜜酒精廢液、動物糞便和甘蔗殘渣這三種廢棄物，變廢為寶；本發明的肥料制備方法可以不必消耗大量能源，也不必消耗過多的酸、堿原料，處理流程簡便，成本較低；本發明的肥料長期使用，可以有效提高土壤肥力，使得作物增產；本發明的發酵菌劑菌種穩定，適應強。為了便于理解，以下將通過具體的實施例對本發明進行詳細地描述。需要特別指出的是，這些描述僅僅是示例性的描述，并不構成對本發明范圍的限制。依據本說明書的論述，本發明的許多變化、改變對所屬領域技術人員來說都是顯而易見的。另外，本發明引用了公開文獻，這些文獻是為了更清楚地描述本發明，它們的全文內容均納入本文進行參考，就好像它們的全文已經在本文中重復敘述過一樣。
具體實施例方式以下通過實施例進一步說明本發明的內容。如未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段和市售的常用設備和試劑，可參見《腐植酸的綜合利用》(科學出版社)、《微生物學實驗(第4版)》(高等教育出版社)、《伯杰細菌鑒定手冊(第八版》(科學出版社)以及相應的廠商說明書等參考。實施例I發酵菌劑的制備本實施例使用的菌種均列入中國普通微生物菌種保藏管理中心(北京)的公開菌種目錄中，可以購買。各微生物及其中國普通微生物菌種保藏管理中心的菌種目錄編號分別為產黃纖維單胞菌(Cellulomonas flavigena)(編號I. 1002),干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)(編號 I. 62),維捏蘭德固氮菌(Azotobacter vinelandii)(編號 I. 1649),豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)(編號 I. 888),黑曲霉(Aspergillusniger)(編號3. 6193)，米曲霉(Aspergillus oryzae)(編號3. 481)，特異腐質霉(Humicolainsolens)(編號 3. 4393),以及塊狀寡抱根霉(Rhizopus oligosporus var. tuberosus)(編號3. 1145)。將以上8種菌種通過商業途徑委托廣西易多收生物科技有限公司按照常規菌種培養方法分別進行液體培養，離心后于4°C保存菌體并交付，各菌種的菌體中相應活菌數量均大于IO8個/克(濕重)。每種菌種的上述菌體各取IOg混合均勻，溶于IL生理鹽水中，然后加入2kg粉碎的甘蔗殘渣(小于5mm)、Ikg牛糞、2kg豆餅(即，壓榨法提油后的大豆剩余物)、和Ikg魚粉，充分混合均勻，在自然通氣狀態下于30±3°C放置5天，期間每天翻動2次通氣，即得發酵菌劑。為了檢測菌種的存活穩定性，取3批次生產的發酵菌劑，取樣，進行菌種培養鑒定并計數。存活量計數結果如下表所示，各批次培養的菌種數量保持穩定，而且都有大量的存活。
權利要求
1.制備黃腐植酸肥料的方法，其包括 (1)將糖蜜酒精發酵廢液通入沉淀池，加入堿(優選是NaOH)調節pH; (2)靜置后分離沉淀和上清液，取上清液同動物糞便、甘蔗殘渣和發酵菌劑混合，其中所述發酵菌劑包括存活的產黃纖維單胞菌(Cellulomonas fIavigena)、干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、維捏蘭德固氮菌(Azotobacter vinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium Ieguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、特異腐質霉(Humicola insolens)、以及塊狀寡抱根霉(Rhizopus oligosporusvar. tuberosus)； (3)放置發酵步驟(2)得到的混合物，然后加入沉淀繼續放置，放置期間攪拌以保持該混合物內部溫度為50 60°C ;和 (4)干燥步驟(3)得到的發酵產物并造粒。
2.權利要求I所述的方法，其中步驟(I)中調節pH至5.5 5. 9，優選調節pH至5. 8。
3.權利要求I所述的方法，其中所述發酵菌劑是將產黃纖維單胞菌(CellulomonasfIavigena)、干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、維捏蘭德固氮菌(Azotobactervinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、特異腐質霉(Humicola insolens)、以及塊狀寡孢根霉(Rhizopus oligosporus var. tuberosus)接種于由甘鹿殘洛、動物糞便、豆餅、和魚粉組成的培養基中活化而得的。
4.權利要求2所述的方法，其中活化溫度是30±3°C，且活化時間為3 7天，優選為5天。
5.權利要求I所述的方法，其中步驟(2)中上清液、動物糞便、甘蔗殘渣和發酵菌劑的重量比為100 1000 500 2000 100 500 1，優選為300 700 600 1000 200 400 I，最優選為 500 700 : 300 : I。
6.權利要求1、3或5所述的方法，其中動物糞便是牛糞、豬糞或雞糞之一種或多種的混合物。
7.權利要求I所述的方法，其中步驟(3)中放置發酵步驟(2)得到的混合物的時間為I 5天，優選為2 4天，最優選為3天；步驟⑶中繼續放置的時間為10 15天，優選為11 14天，最優選為12天。
8.由權利要求I 7之任一項所述的方法制備的黃腐植酸肥料。
9.活化發酵菌劑的方法，其包括將產黃纖維單胞菌(CellulomonasfIavigena)、干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、維捏蘭德固氮菌(Azotobacter vinelandii)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、特異腐質霉(Humicola insolens)、以及塊狀寡抱根霉(Rhizopus oligosporusvar. tuberosus)接種于由甘蔗殘渣、動物糞便、豆餅、和魚粉組成的培養基中活化而得的，其中甘蔗殘渣、動物糞便、豆餅、和魚粉的重量比為I 3 0.5 I. 5 I 3 0.5 I.5，優選為 2 : I : 2 : I。
10.由權利要求9所述的方法活化的發酵菌劑，其中產黃纖維單胞菌的含量為0.8x10s 2. OxlO8個/克，干酪乳桿菌的含量為6. OxlO7 I. 2xl08個/克，維涅蘭德固氮菌的含量為2. Ox IO7 8. OxlO7個/克，豌豆根瘤菌的含量為I. OxlO8 3. OxlO8個/克，黑曲霉的含量為7. 3xl06 8. OxlO6個/克，米曲霉的含量為6. OxlO6 10. OxlO6個/克，特異腐質霉的含量為2. OxlO6 8. OxlO6個/克，而且塊狀寡孢根霉的含量為5. OxlO6 7.OxlO6個/克，優選產黃纖維單胞菌的含量為I. OxlO8 I. 7xl08個/克，干酪乳桿菌的含量為8. 2xl07 I. OxlO8個/克，維涅蘭德固氮菌的含量為3. 7xl07 5. 5xl07個/克，豌豆根瘤菌的含量為I. 9xl08 2. 2xl08個/克，黑曲霉的含量為7. 7xl06 7. 8xl06個/克，米曲霉的含量為8. IxlO6 9. OxlO6個/克，特異腐質霉的含量為3. 9xl06 5. 3xl06個/克，而且塊狀寡孢根霉的含量為5. 5xl06 6. 5xl06個/克。
全文摘要
本發明提供了黃腐植酸肥料的制備方法，其中包括利用糖蜜酒精發酵廢液為原料來進行生產。另外，本發明還提供了所述生產方法獲得的肥料以及其中所用的發酵菌劑等。
文檔編號C05F11/08GK102731174SQ20111009243
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月13日 優先權日2011年4月13日
發明者葉長東 申請人:葉長東