本發(fā)明涉及一種生物絮團及其制備方法。生物絮團適于水污染環(huán)境治理以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和其他養(yǎng)殖場液體排放物的凈化處理，還適于土壤修復(fù)和鹽堿地改良，工業(yè)水凈化處理。

背景技術(shù)：

生物絮團的概念出現(xiàn)于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域。水產(chǎn)養(yǎng)殖中的生物絮團是指在養(yǎng)殖水體中以好氧微生物為主體的有機體和無機物，經(jīng)生物絮凝作用形成的團聚物，多由細(xì)菌、浮游動植物、有機碎屑和一些無機物質(zhì)相互絮凝組成。如今，生物絮團技術(shù)(Bio-flocTechnology,technology，BFT))是通過向養(yǎng)殖水體大量投餌補充有機碳物質(zhì)，使水體保持一定的碳氮比，定向調(diào)控養(yǎng)殖系統(tǒng)微生物群落，并且利用微生物轉(zhuǎn)換水中氨氮成為菌體蛋白，從而顯著提高飼料利用率的一種新型養(yǎng)殖技術(shù)。生物絮團技術(shù)最早在1999年由以色列的養(yǎng)殖專家Avnimelec系統(tǒng)提出，并于2005年在印度尼西亞試驗成功。生物絮團技術(shù)作為能起到維持水環(huán)境穩(wěn)定、減少換水量、提高養(yǎng)殖成活率、增加產(chǎn)量和降低飼料系數(shù)等作用的一項技術(shù)，被認(rèn)為是解決水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的環(huán)境制約和飼料成本的有效替代技術(shù)，既降低了餌料成本，又能解決了養(yǎng)殖過程中的水質(zhì)問題。

雖然生物絮團在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域早已為人知曉，但是從未見將生物絮團應(yīng)用于水凈化處理，土壤修復(fù)和鹽堿地改良并取得優(yōu)良效果的報道，同時，未見有關(guān)生物絮團的配方及其制備工藝的報道。

另一方面，我國秸稈資源極其豐富，但生產(chǎn)中未能合理開發(fā)利用，不僅浪費了有機資源，還造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。2008年7月國務(wù)院下發(fā)了《關(guān)于加快推進農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》。這對于加快推進秸稈綜合利用，實現(xiàn)秸稈的資源化、商品化，促進資源節(jié)約、環(huán)境保護和農(nóng)民增收具有重要作用。2015年，國發(fā)展改革委、財政部、農(nóng)業(yè)部、環(huán)境保護部聯(lián)合發(fā)出通知，要求各地進一步加強秸稈綜合利用與禁燒工作，力爭到2020年全國秸稈綜合利用率達(dá)到85％以上。然而，目前秸稈的利用主要還局限在秸稈還田，即把不宜直接作飼料的秸稈(麥秸、玉米秸和水稻秸稈等)直接或堆積腐熟后施入土壤中的一種方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本較低且不僅適于水產(chǎn)養(yǎng)殖，還適于水凈化、土壤修復(fù)和鹽堿地改良，工業(yè)水處理等領(lǐng)域應(yīng)用的生物絮團。

本發(fā)明同時還提供本發(fā)明生物絮團的制備方法和應(yīng)用。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一種技術(shù)方案如下：

一種生物絮團，其包含腐熟秸稈粉末、第一微生物菌劑、硝化菌以及反硝化菌，其中所述第一微生物菌劑包含枯草芽孢桿菌和選擇性的放線菌。

優(yōu)選地，所述枯草芽孢桿菌為保藏號為CCTCC NoM208057的枯草芽孢桿菌KX-1、保藏號為CCTCC NoM208058的枯草芽孢桿菌KX-2、保藏號為CCTCC NoM208060的枯草芽孢桿菌KX-4的組合，三者的質(zhì)量比為1：0.4～0.85:0.5～0.85。進一步優(yōu)選地，所述第一微生物菌劑包含放線菌，且放線菌與所述保藏號為CCTCC NoM208057的枯草芽孢桿菌KX-1的質(zhì)量比為0.3～0.75:1。

進一步優(yōu)選地，所述的第一微生物菌劑還包含其他有益微生物，該其他有益微生物可以為例如選自乳酸菌、納豆菌、光合細(xì)菌、酵母菌、地衣芽孢桿菌中的一種或多種，枯草芽孢桿菌KX-1與所述的其他有益微生物的用量質(zhì)量比為1:0.1～0.8，更優(yōu)選為1:0.5～0.8。

根據(jù)本發(fā)明，第一微生物菌劑的用量一般為腐熟秸稈粉末的5wt％～25wt％；硝化菌和反硝化菌的用量一般大于等于80ml/每千克腐熟秸稈粉末。作為優(yōu)選方案，第一微生物菌劑的用量為腐熟秸稈粉末的8wt％～20wt％，進一步優(yōu)選地，第一微生物菌劑的用量為腐熟秸稈粉末的12wt％～20wt％。硝化菌和反硝化菌的用量大于等于100ml/每千克腐熟秸稈粉末。

根據(jù)本發(fā)明，所述生物絮團一般通過以下步驟制得：向腐熟秸稈粉末中加入第一微生物菌劑，混勻，然后依次加入硝化菌和反硝化菌，即得。

優(yōu)選地，所述生物絮團的水分含量為10wt％～30wt％。

根據(jù)本發(fā)明，所述的腐熟秸稈粉末為發(fā)酵腐熟后的秸稈粉碎而成。腐熟秸稈可以采用現(xiàn)有的發(fā)酵腐熟方法來進行。然而，優(yōu)選按照本發(fā)明如下將要描述的方法來制備，采取該方法不受溫度條件的限制，在非常低的溫度下也能確保制備出的腐熟秸稈粉末，秸稈的腐熟更加徹底，具有較高的營養(yǎng)成分，同時還儲存了大量的有益菌。

本發(fā)明采取的第二種技術(shù)方案是：一種上述的生物絮團的制備方法，其包括以下步驟：

(1)利用第二微生物菌劑發(fā)酵秸稈制備所述腐熟秸稈粉末：首先將第二微生物菌劑進行激活，然后與營養(yǎng)物質(zhì)配置成混合液，進而與干秸稈和選擇性的火山巖生物制劑混合，對秸稈進行堆制腐熟，最后粉碎至80目以上，所述火山巖生物制劑包括火山巖顆粒載體和植入于所述的火山巖顆粒載體上的第二微生物菌劑，所述第二微生物菌劑包括保藏號為CCTCC NoM208057的枯草芽孢桿菌KX-1、放線菌、保藏號為CCTCC NoM208058的枯草芽孢桿菌KX-2、保藏號為CCTCC NoM208060的枯草芽孢桿菌KX-4，四者的質(zhì)量比依次為1:0.3～0.75:0.4～0.85:0.5～0.85，所述的第二微生物菌劑還選擇性地包括其他有益微生物和酶制劑，所述的其他有益微生物為選自乳酸菌、光合細(xì)菌、酵母菌、地衣芽孢桿菌中的一種或多種；

(2)向腐熟秸稈粉末中加入微生物菌劑、然后依次加入硝化菌和反硝化菌，得到所述生物絮團。

根據(jù)本發(fā)明，第二微生物菌劑可以與第一微生物菌劑相同或不同。

優(yōu)選地，第二微生物菌劑包含其他有益微生物且第二微生物菌劑中的枯草芽孢桿菌KX-1與其他有益微生物的用量質(zhì)量比為1:0.1～0.8，更優(yōu)選為1:0.5～0.8。

優(yōu)選地，所述的火山巖生物制劑通過以下步驟制備：

1)、將火山巖磨碎成20～40目的火山巖顆粒，去除粉末后得到火山巖顆粒載體；

2)、將所述的第二微生物菌劑與水按照用量質(zhì)量比為1:20～50配置成菌液，然后加入氮源和碳源對菌種進行激活，當(dāng)菌液中的芽孢桿菌80％以上呈營養(yǎng)體狀態(tài)，活菌數(shù)＞50億/mL時，將所述的火山巖顆粒載體在所述的菌液中浸泡24～72h，然后將所述的火山巖顆粒載體撈出瀝干，即得所述的火山巖生物制劑。

優(yōu)選地，第二微生物菌劑、干秸稈的投料質(zhì)量比為1:1000～2000。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，步驟(1)中，采用火山巖生物制劑，且第二微生物菌劑、火山巖生物制劑、干秸稈的投料用量質(zhì)量比為1:50～80:1000～2000。

優(yōu)選地，第二微生物菌劑中枯草芽孢桿菌KX-1、放線菌、枯草芽孢桿菌KX-2、枯草芽孢桿菌KX-4的用量質(zhì)量比為1:0.6～0.7:0.7～0.8:0.7～0.8。

優(yōu)選地，所述的第二微生物菌劑包含酶制劑以使其酸性蛋白酶≥2000u/g，中性蛋白酶≥10000u/g，纖維素酶≥10000u/g。其中，酶制劑為酸性蛋白酶、中性蛋白酶、纖維素酶，當(dāng)所述的微生物菌劑中的某種酶不足時，即添加相應(yīng)的酶制劑。

本發(fā)明中可采用常規(guī)方法進行菌種激活。

優(yōu)選地，所述的營養(yǎng)物質(zhì)包括尿素和氨基酸顆粒。

優(yōu)選地，進行堆制發(fā)酵腐熟時，控制濕度在50～65％。

優(yōu)選地，堆制時，安插透氣管，然后在堆制上覆蓋薄膜，待堆制的溫度上升至50～60℃，除去透氣管上方覆蓋的薄膜繼續(xù)發(fā)酵10～15天，然后進行翻堆補水，繼續(xù)發(fā)酵5～15天完成發(fā)酵腐熟。

本發(fā)明還涉及如上所述的生物絮團在水產(chǎn)養(yǎng)殖、水凈化、工業(yè)水處理以及土壤修復(fù)和改良中的應(yīng)用。

本發(fā)明的生物絮團可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，如果再添加上其他工程菌，還是非常好的生物修復(fù)材料，如用于參地土壤修復(fù)和鹽堿地改良。此外，生物絮團還能夠作為工業(yè)水處理MBR中的生物填料，替代活性污泥，減少污泥量。

具體的，將生物絮團投放于河道中可有效治療河水。在工業(yè)水處理中，生物絮團可代替現(xiàn)有的生物絮凝劑、活性污泥，有效去除氨氮。

本發(fā)明中，微生物菌劑可以是如上多種物質(zhì)的混合物；也可以是多種物質(zhì)單獨包裝，使用時按配比進行混合即可。優(yōu)選地，微生物菌劑是可以是如上多種物質(zhì)的混合物。

本發(fā)明中所用到的包括枯草芽孢桿菌在內(nèi)的全部菌均是已知的。第一微生物菌劑和第二微生物菌劑不包含硝化菌和反硝化菌。

由于上述技術(shù)方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明提供了生物絮團的配方，該配方以腐熟秸稈粉末為主體，通過添加特定微生物菌劑、硝化菌和反硝化菌，其主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到甚至優(yōu)于國外同類型的生物絮團，而且，實驗證明該生物絮團對于河道污水的凈化效果非常好。

本發(fā)明的生物絮團的制備方法，在制備腐熟秸稈粉末時，以低溫菌為誘導(dǎo)菌，它含有枯草(含納豆)芽孢桿菌、放線菌為主體的多種復(fù)合功能有益微生物，能夠在低溫的情況下繁殖，帶動其它菌劑的高速繁殖。既能高溫發(fā)酵，又能低溫發(fā)酵，不受地區(qū)、季節(jié)限制，四季可用，讓農(nóng)民能夠在田頭就近處理，就地實現(xiàn)秸稈的徹底腐熟，無需對秸稈進行搬運，節(jié)省人力、物力、財力；本發(fā)明還進一步結(jié)合吉林盛產(chǎn)的火山巖，利用火山巖的多孔、表面積大的結(jié)構(gòu)特性，發(fā)揮其保水、可作為菌劑的載體以及增強散熱功能的功效，并解決了天然礦產(chǎn)資源的利用的問題。

說明書附圖

圖1為發(fā)酵前后秸稈的圖片；

圖2為帶有排氣孔的桔桿發(fā)酵堆的圖片；

圖3為腐熟程度好的秸稈發(fā)酵堆的圖片；

圖4為二次翻堆補水的圖片；

圖5為腐熟秸稈粉末的圖片。

具體實施方式

本發(fā)明生物絮團為采用農(nóng)作物秸稈為起始原料，加入特定微生物菌種，選擇性搭配長白山火山巖細(xì)顆粒，經(jīng)過生物工程(深度發(fā)酵)制作出來的天然生物新材料。

本發(fā)明生物絮團不僅能將過去作為廢棄物的秸稈得到充分的利用，變廢為寶，而且減少了因焚燒秸稈對空氣造成的污染。在發(fā)酵過程中，在有益低溫菌的深度作用下，使秸稈得到徹底熟化，使產(chǎn)品具有極高的營養(yǎng)成分，還儲存了大量的有益菌。

將熟透的秸稈經(jīng)過后續(xù)加工成80目以上細(xì)末，優(yōu)選80-100目，形成優(yōu)質(zhì)生物骨架，再適當(dāng)補入發(fā)酵時添加的枯草芽孢桿菌、乳酸菌、納豆菌等菌，然后依次噴灑硝化菌、反硝化菌，控制水分10-30％之間，即得生物絮團。該生物絮團在水體中能快速生成生物膜，使水中的有機物和氨氮充分降解，最終轉(zhuǎn)化為氮氣，從而使養(yǎng)殖水體水質(zhì)保持穩(wěn)定。

絮團中添加的有益菌能有效改善水產(chǎn)養(yǎng)殖物的腸道，幫助消化吸收，增強免疫力，降低餌料系數(shù)。

由于生物絮團在前期發(fā)酵過程中，微生物將秸稈的可被降解的物質(zhì)完全分解利用。因此，投放到水體中，不會增加負(fù)荷，不會污染水體，不會產(chǎn)生二次污染，同時含有的有益菌可以凈化水體。

如果再添加上其他工程菌，還是非常好的生物修復(fù)材料，如用于參地土壤修復(fù)和鹽堿地改良，同時也能夠作為工業(yè)水處理MBR中的生物填料，替代活性污泥，減少污泥量。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實施例1：腐熟秸稈的制備

一、主要原材料

1、第一微生物菌劑，按重量比：

配制好的復(fù)合菌劑要求：酸性蛋白酶≥2000u/g，中性蛋白酶≥10000u/g，纖維素酶≥10000u/g，不足部分加入相應(yīng)的酶制劑。

枯草芽孢桿菌KX-1可在2～8℃生存繁殖。

2、火山巖生物制劑

火山巖生物制劑，是利用火山巖的多孔、表面積大的結(jié)構(gòu)特性，含有大量的硅、鉀、鈉、鐵、鎂、鋁、硅、鈣、鈦、錳、鐵、鎳、鈷等幾十種礦物質(zhì)和微量元素，以及對重金屬的螯合性，以其為載體，植入經(jīng)過驗證，對人畜和其他生物無害的多種有益微生物菌群(包含放線菌、芽孢桿菌等多種有益微生物，以低溫菌為主)后形成的產(chǎn)品?；鹕缴镏苿┰诙逊蔬^程具有微生物富集緩釋的作用以及散熱透氣的功效，另外可以保水、蓄水，可促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，有效改善植物根部微生物環(huán)境，為作物生長提供微量元素，促進植物生長。

具體制備方法：

a、基材的準(zhǔn)備

將天然火山巖磨碎成小于1mm的顆粒、去除粉末后，待用；

b、菌液的配制

并按照以下配方配制復(fù)合菌劑：按重量比

①激活

將選取的復(fù)配有益功能菌置入具有進水、曝氣、加熱控溫及排水功能的干凈方槽，按照1:20～50稀釋，加入一定量的氮源、碳源，激活菌種；

②浸泡

顯微鏡下鏡檢芽孢桿菌大多呈營養(yǎng)體狀態(tài)，平皿菌落計數(shù)法檢測活菌數(shù)＞50億/mL，可將處理后的載體放入方槽內(nèi)浸泡；

③排水、瀝干

浸泡24～72h后，將菌液從底排排干后，將載體撈出瀝干；

3、氨基酸顆粒

純生物發(fā)酵濃縮制得，含有豐富的氮源及其他營養(yǎng)成分。

二、制備過程

(一)、相關(guān)設(shè)備和材料

1、大型飼料粉碎切割機：將曬干的稻草切成1～2cm長。

2、大型攪拌機：前進后出型的大型砂漿攪拌機。

3、大型噴霧器：用于拌料時噴灑菌劑和營養(yǎng)液的混合液。

4、農(nóng)用塑料薄膜：若干。

5、菌種激活設(shè)備。

6、拌料相關(guān)工具或設(shè)備。

7、透氣管：直徑10cm左右，周圍打孔的塑料管。

8、其它材料：紅糖、米糠、尿素

(二)、用法、用量及發(fā)酵周期

1、用量

每1公斤第一微生物菌劑+60kg火山巖生物制劑，約發(fā)酵、腐熟1～2噸干秸稈，發(fā)酵、腐熟時的環(huán)境溫度為5～10℃。

2、用法(以激活1Kg菌種，發(fā)酵1T秸稈為例)

1)菌種激活

與水按照1：20～30的比例稀釋，加入4Kg新鮮的米糠、0.5Kg紅糖激活12h。

2)營養(yǎng)源與輔料配制

尿素22Kg，氨基酸顆粒10Kg，用水充分溶解后，稀釋至約1.2～1.5T。

3)混合

將1)中激活后的菌液加入2)中混合均勻成混合液。

4)拌料：濕度控制在50～65％左右

將粉碎后的秸稈從攪拌機前端(進料口)送入，并加入火山生物制劑后，從兩端用噴霧器向進料口和出料口同時噴灑3)中的混合液，攪拌均勻后從攪拌機后端輸出，進行堆制。

5)物料建堆

堆制成圓錐型(底部直徑約為3米)或長條狀梯型(底寬2m，高1.5m，上寬1.0m)，視實際情況而定，并放置透氣管，覆蓋薄膜，進行發(fā)酵。待3天后溫度可達(dá)50～60℃時，將透氣管上覆蓋的薄膜除去。

6)二次翻堆

堆制約15天后，進行二次翻堆補水。

3、發(fā)酵周期

約30天左右整個腐熟過程完成，秸稈變成褐色或黑褐色；堆料有生物發(fā)酵的清香的泥土味道、氨味；堆內(nèi)布滿大量白色菌絲、質(zhì)感疏散。

發(fā)酵結(jié)束后的腐熟秸稈的成分分析參見表1。

表1

對比例1

基本上與實施例1相同，不同之處在于：

1、微生物菌劑，按重量比

配制好的復(fù)合菌劑要求：酸性蛋白酶≥2000u/g，中性蛋白酶≥10000u/g，纖維素酶≥10000u/g，不足部分加入相應(yīng)的酶制劑。

2、火山巖生物制劑中植入的菌劑為：

按實施例1的方法對干秸稈進行發(fā)酵后，腐熟秸稈的成分分析參見表2。

表2

實施例1與對比例1秸稈腐熟度對比(失重率法)，其結(jié)果參見表3。

表3

上述試驗是五月底六月初在東北長春進行的。因東北地區(qū)水稻只種植一季，一般每年十月份可以收割，此次試驗的時間在天氣溫度、濕度與吉林份水稻成熟收割季節(jié)相似，使試驗結(jié)果更具有說服性。

實施例2：生物絮團的制備

生物絮團制備包括如下步驟：

(1)按照實施例1的方法制得的腐熟秸稈，用粉碎機粉碎成80目左右，得到腐熟秸稈粉末；

(2)按每千克腐熟秸稈粉末添加200克第一微生物菌劑向腐熟秸稈粉末中添加第一微生物菌劑，然后依次噴灑硝化菌和反硝化菌，硝化菌和反硝化菌的加入量為100ml每千克腐熟秸稈粉末，即得生物絮團。

所得生物絮團的圖片參見圖5。

對本例所得生物絮團和國外某公司的生物絮團的有機指標(biāo)進行了檢測，結(jié)果參見表4，此外還對本例生物絮團的微量元素進行了檢測，結(jié)果參見表5。

表4

表5

實施例3：生物絮團應(yīng)用于河道污水凈化處理試驗

試驗用水：昆山天瑞環(huán)境公司十號河壩內(nèi)污水(溶氧0.62mg/L氨氮14.9mg/L)

水樣：2L

試驗：先后進行二次試驗，結(jié)果分別參見表6和表7。

表6

表7

注：

1.每次試驗都是取相同河水，每個單元2000ml。

2.水溫與室外水溫相同。

3.每次試驗曝氣量相同。

4.試驗中水必清為對照處理劑，其主要由本發(fā)明所述的幾種低溫菌組成。

以上對本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，且本發(fā)明不限于上述的實施例，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。