一種堆肥用鐵載體-3D打印微生態菌劑、制備及堆肥方法

本發明屬于好氧堆肥，具體涉及一種堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑、制備及堆肥方法。

背景技術：

1、堆肥是一種綠色經濟、操作簡單的有機固廢快速無害化、減量化及資源化處理技術。它首先利用好氧微生物的水解作用將初始原料中的淀粉、蛋白質、脂質、木質纖維素等大分子有機質分解為多糖、多肽、脂肪酸等次級代謝產物，進一步在微生物的合成代謝以及糖醛縮合、美拉德反應等物理作用下形成結構穩定復雜、富含酚醌等氧化還原基團的腐殖質。生成的腐殖質可以作為重金屬修復劑、土壤調理劑。

2、堆肥過程菌群結構復雜，定向生物菌劑調控困難。在環境溫度的驅動作用下，乳酸桿菌等微生物進入高溫活性下降，芽孢桿菌、糖單孢菌等耐高溫微生物開始大量增殖，堆體降溫后一些放線菌和變形菌門微生物會占據生態優勢對難降解有機質進一步降解。堆肥過程涉及到復雜的菌群協同過程，但目前對于有機質的生物轉化效率仍然低于50％，造成資源化利用仍處在較低水平。傳統生物菌劑往往分離添加功能微生物為主，但添加菌劑后效果并不穩定，而且不同菌劑對于底物成分的適用性不同，難以找到可以應用于不同堆肥底物的定向生物轉化菌劑。

3、此外，鐵是微生物生長生存的關鍵物質，它參與到微生物攝取營養物質、生物質合成、繁殖等多個環節。微生物能夠利用的鐵一般是二價鐵，但是好氧堆肥環境中，鐵往往以三價形態存在。微生物一般通過合成鐵載體來實現對三價鐵的轉運利用。生物合成鐵載體需要消耗大量能量，不利于微生物的快速增殖。因此，亟需開發一種融合鐵載體的堆肥系統生物菌劑。

技術實現思路

1、本發明目的在于克服傳統生物菌劑活性低、穩定性差的問題，提高生物利用鐵的能力，強化菌群結構和功能穩定性。具體提供一種堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑、制備及堆肥方法。

2、本發明所采用的具體技術方案如下：

3、第一方面，本發明提供一種堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑的制備方法，具體方法如下：

4、將無生物毒性的固定劑與多功能降解菌混合菌液、鐵載體enterobactin、鐵載體putrebactin混合，裝填到3d生物打印倉內，采用無生物毒性的交聯劑進行3d打印，得到鐵載體-3d打印微生態菌劑；所述多功能降解菌為能降解堆肥底物的木質纖維素降解菌、油脂降解菌、淀粉降解菌或蛋白質降解菌的一種或多種。

5、作為優選，所述木質纖維素降解菌為褐色嗜熱裂孢菌thermobifida?fusca，保藏編號為atcc?baa-629，保藏單位為美國典型培養物保藏中心；所述油脂降解菌為地衣芽孢桿菌bacillus?licheniformis，保藏編號為cgmcc?1.8791，保藏日期為2008年10月21日，保藏單位為中國普通微生物菌種保藏中心；所述淀粉降解菌為特基拉芽孢桿菌bacillustequilensis，保藏編號為cgmcc?1.763，保藏日期為1972年3月1日，保藏單位為中國普通微生物菌種保藏中心；所述蛋白質降解菌為枯草芽孢桿菌bacillus?subtilis，保藏編號為cgmcc?1.9086，保藏日期為2009年4月9日，保藏單位為中國普通微生物菌種保藏中心。

6、作為優選，所述固定劑、多功能降解菌混合菌液、鐵載體enterobactin和鐵載體putrebactin的體積比為(100～120):(100～120):(0.5～1):(0.5～1)。

7、作為優選，所述固定劑為海藻酸鈉溶液或羧甲基纖維素溶液。

8、進一步的，所述海藻酸鈉溶液的濃度為1.5～4％。

9、作為優選，所述交聯劑為氯化鈣溶液。

10、進一步的，所述交聯劑為濃度為1～5％的氯化鈣溶液。

11、作為優選，所述3d打印過程參數設定如下：打印噴頭與下層承托層之間的電壓為10kv，打印倉驅動壓力為2mpa，噴頭擠出壓力為0.2mpa。

12、第二方面，本發明提供一種根據第一方面所述方法制備得到的鐵載體-3d打印微生態菌劑。

13、第三方面，本發明提供一種利用第二方面所述鐵載體-3d打印微生態菌劑的堆肥方法，在堆肥初始階段添加所述鐵載體-3d打印微生態菌劑，其中鐵載體-3d打印微生態菌劑與堆肥初始物料的質量比為0.1％～0.5％；所述堆肥初始物料需要預先進行脫水處理，脫水后粒徑范圍為2～5cm，含水率為65～75％。

14、相對于現有技術而言，本發明的有益效果在于：

15、本發明制備得到的鐵載體-3d打印微生態菌劑，與傳統菌劑相比，由于添加了鐵載體，能夠定向強化菌株鐵資源獲取能力，從而強化對堆肥底物的降解轉化能力。此外，堆肥過程環境較復雜，底物成分和環境溫度、ph、電導率急劇變化，本發明通過3d打印技術，利用海藻酸鈉和氯化鈣將菌劑固定化，使得功能菌株免受外界環境因子脅迫，從而強化群落結構和功能穩定性，提升堆肥效能。

技術特征：

1.一種堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑的制備方法，其特征在于，具體方法如下：

2.根據權利要求1所述的堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑的制備方法，其特征在于，所述木質纖維素降解菌為褐色嗜熱裂孢菌thermobifida?fusca，保藏編號為atcc?baa-629，保藏單位為美國典型培養物保藏中心；所述油脂降解菌為地衣芽孢桿菌bacilluslicheniformis，保藏編號為cgmcc?1.8791，保藏日期為2008年10月21日，保藏單位為中國普通微生物菌種保藏中心；所述淀粉降解菌為特基拉芽孢桿菌bacillus?tequilensis，保藏編號為cgmcc?1.763，保藏日期為1972年3月1日，保藏單位為中國普通微生物菌種保藏中心；所述蛋白質降解菌為枯草芽孢桿菌bacillus?subtilis，保藏編號為cgmcc?1.9086，保藏日期為2009年4月9日，保藏單位為中國普通微生物菌種保藏中心。

3.根據權利要求1所述的堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑的制備方法，其特征在于，所述固定劑、多功能降解菌混合菌液、鐵載體enterobactin和鐵載體putrebactin的體積比為(100～120):(100～120):(0.5～1):(0.5～1)。

4.根據權利要求1所述的堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑的制備方法，其特征在于，所述固定劑為海藻酸鈉溶液或羧甲基纖維素溶液。

5.根據權利要求4所述的堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑的制備方法，其特征在于，所述海藻酸鈉溶液的濃度為1.5～4％。

6.根據權利要求1所述的堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑的制備方法，其特征在于，所述交聯劑為氯化鈣溶液。

7.根據權利要求6所述的堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑的制備方法，其特征在于，所述交聯劑為濃度為1～5％的氯化鈣溶液。

8.根據權利要求1所述的堆肥用鐵載體-3d打印微生態菌劑的制備方法，其特征在于，所述3d打印過程參數設定如下：打印噴頭與下層承托層之間的電壓為10kv，打印倉驅動壓力為2mpa，噴頭擠出壓力為0.2mpa。

9.一種根據權利要求1～8任一所述方法制備得到的鐵載體-3d打印微生態菌劑。

10.一種利用權利要求9所述鐵載體-3d打印微生態菌劑的堆肥方法，其特征在于，在堆肥初始階段添加所述鐵載體-3d打印微生態菌劑，其中鐵載體-3d打印微生態菌劑與堆肥初始物料的質量比為0.1％～0.5％；所述堆肥初始物料需要預先進行脫水處理，脫水后粒徑范圍為2～5cm，含水率為65～75％。

技術總結
本發明公開了一種堆肥用鐵載體?3D打印微生態菌劑、制備及堆肥方法，屬于好氧堆肥技術領域。該方法將無生物毒性的固定劑與多功能降解菌混合菌液、鐵載體enterobactin、鐵載體putrebactin混合，裝填到3D生物打印倉內，采用無生物毒性的交聯劑進行3D打印，得到直徑為0.2～2mm的鐵載體?3D打印微生態菌劑。在堆肥初始階段添加該生態菌劑應用于堆肥過程，能夠提升堆肥效能。本發明提供的制備方法能夠個性化制備菌劑，通過提高降解菌株對鐵資源的獲取能力，實現定向強化。該鐵載體?3D打印微生物菌劑具有特異性高、穩定性佳、堆肥效果強的特點。

技術研發人員：胡寶蘭,朱林,王曉涵,譚春旭,劉力源,蔣麗燕
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發日：
技術公布日：2024/3/27