生物法同时脱除养殖场臭气中的氨气及硫化氢微生物菌种的筛选及性能的测定

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随着我国经济的快速发展,人民生活水平进一步提高,在各级政府的大力扶持下,畜禽养殖业迅速发展,而养殖场中的恶臭气体会对人类和畜禽以及周围环境造成严重的污染,使得环境问题变得日益突出。养殖场臭气中最主要的致臭物质是氨气和硫化氢气体,对它们的去除迫在眉睫,而生物法脱除恶臭气体以其成本低、去除效率高、无二次污染等优点在国内外受到普遍关注。在生物法高效除臭的过程中,对脱臭微生物的筛选十分重要,直接影响到除臭效果。本实验从稳定运行的同时脱除硫化氢和氨气的生物滴滤塔中,提取附着微生物的生物膜作为菌种来源,经过筛选,分离和提纯获得微生物菌株,并对其生长条件和去除能力进行了测定和分析,得出如下结论:(1)本实验将从生物膜上提取的微生物,经过富集,分离和纯化,初步得到脱氮除硫自养菌4株Z1~Z4,异养菌7株Y1~Y7,经过对11株菌株的脱氮除硫效率考察,发现11株菌株均有一定程度的脱氮除硫的能力。根据11株菌株的菌落在培养皿中的形态特征观察、镜检结果、生理生化特性测定及脱氮除硫性能的考察,结合《伯杰细菌鉴定手册(第八版)》,将筛选出的菌株初步鉴定到属,结果为:自养菌株Z1为硝化杆菌属,Z2和Z4为硫杆菌属,Z3为硝化球菌属;异养菌株Y1、Y4为微球菌属,Y2为微杆菌属,Y3、Y5、Y7为假单细胞菌属,Y6为副球菌属。(2)对异养混合微生物的生长曲线和pH值进行了测定,发现异养微生物在接入培养液的前8个小时,处于延缓期,8h-24h为对数生长期,由于培养液中营养物质的消耗,代谢产物的积累以及菌体的死亡,培养液中的pH值不断增大。在24h后,微生物的生长速度明显减慢,甚至发生死亡。(3)本实验用单因素分析法考察了异养微生物在温度为5℃-35℃、pH值为5-9、摇床转速为90rpm~210rpm、接种量为1%-20%、初始S浓度为1mmol/L~8mmol/L、初始N浓度为100mg/L~1000mg/L、碳氮比为1/1~8/1、硫氮比为1/1~8/1的生长条件下脱除率的变化,发现其在28℃,pH为7.0,转速为150rpm,接种量为10%,初始S2-浓度为2mmol/L,初始NH4+-N浓度为200mg/L,C/N和S/N为2/1的条件下,具有最高的脱氮除硫效率。(4)对自养微生物的生长曲线和pH值进行了测定,发现自养微生物在最初的12h处于生长延缓期,生长速度较为缓慢。从12h~48h为对数生长期,微生物数量快速增加。由于培养液中的氨氮逐渐转化为硝酸盐和亚硝酸盐,硫离子逐渐转化为硫酸根离子,所以培养液中的pH随之下降,48h后,微生物开始进入衰亡期。(5)本实验用单因素分析法对自养微生物在温度为5℃~35℃、pH值为5-9、摇床转速为90rpm~210rpm、接种量为1%~20%、初始S浓度为1 mmol/L~30mmol/L、初始N浓度为100mg/L~1000mg/L、碳氮比为1/1~8/1、硫氮比为1/1~8/1的生长条件下脱除率的变化,发现其在28℃,pH为7.0,转速为150rpm,接种量为15%,初始S2-浓度为5mmol/L,初始NH4+-N浓度为200mg/L,C/N为4/1和S/N为2/1的条件下,具有最高的脱氮除硫能力。(6)本实验用正交试验法考察了温度、C/N、S/N、NH4+-N初始浓度、S2-初始浓度及接种量对脱氮除硫效率的影响。采用1株异养高效菌Y3作为研究对象,通过结果分析发现,在脱氮方面,各因素对去除率的影响顺序依次为:NH4+-N初始浓度>S2-初始浓度>C/N>接种量>S/N>温度。在脱硫方面,各因素对去除率的影响顺序依次为:S2-初始浓度>温度>接种量>S/N>NH4+-N初始浓度>C/N。其中,NH4+-N初始浓度和S2-初始浓度对微生物的脱除效率影响最大。因为氯化铵和硫化钠同时作为微生物的营养物质和脱除目标,既要满足微生物的生长代谢,也要考虑其对氮、硫的利用率,因此适宜NH4+-N初始浓度和S2-初始浓度非常重要。综上所述:异养菌株脱氮的最优水平组合为:温度25℃、碳氮比为2/1、硫氮比为4/1、N初始浓度为200mg/L、S初始浓度为2mmol/L、接种量为10%;异养菌株脱硫的最优水平组合为:温度25℃、碳氮比为2/1、硫氮比为2/1、N初始浓度为200mg/L、S初始浓度为2mmol/L、接种量为10%。采用1株自养高效菌Z1作为研究对象,通过结果分析发现,在脱氮方面,各因素对去除率的影响顺序依次为:接种量>NH4+-N初始浓度>温度>S/N>S2-初始浓度>C/N;在脱硫方面,各因素对去除率的影响顺序依次为:接种量>S2-初始浓度>温度>S/N>NH4+-N初始浓度>C/N。可见,微生物的接种量对自养菌株的脱除效率影响最大,因为适宜的接种量才能避免微生物间的竞争,使培养液中的营养物质充分被利用。综上所述:自养菌株脱氮的最优水平组合为:温度25℃、碳氮比为4/1、硫氮比为4/1、N初始浓度为200mg/L、S初始浓度为5mmol/L、接种量为10%;自养菌株脱硫的最优水平组合为:温度25℃、碳氮比为4/1、硫氮比为2/1、N初始浓度为200mg/L、S初始浓度为3mmol/L、接种量为10%。由于实验室环境和设备的局限性,本实验并未将筛选出的菌株应用到实际的养殖场臭气环境中进行脱除效率的测定和分析,并且未对筛选出的4株自养菌和7株异养菌做DNA测序和生物学鉴定,建议在将来的实验中,将这一部分作为重点研究对象,为将来养殖场的实际应用提供实验依据。
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