添加微生物联合植物复合除臭剂对粪便恶臭气体控制效果研究

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恶臭污染是国内外公共投诉的主要产生者,恶臭气体来源广泛,成分复杂,而评估主要恶臭物质是除臭的关键因素,目前评价主要恶臭物质方法主要有评价指标法、气味轮分析方法以及气味活性值(OAV)三种方法,而目前大部分文献采用OAV法。目前对于恶臭气体的研究主要集中在垃圾填埋场,畜禽养殖业和污水污泥处理系统,而缺乏对人类粪便除臭的研究,人类粪便中有机物的复杂性导致其恶臭高于大多数恶臭水平。我国人口按14亿计算,一年产生的粪便污染约为654.1亿千克,人类粪便是造成化粪池恶臭,公厕恶臭,粪便处理厂恶臭的关键因素,除此,粪便中的病毒能导致多种有害疾病,严重影响了身心健康。添加除臭剂进行前端处理被认为是有前景的恶臭气体处理方法,本文通过筛选微生物除臭剂,探究其最佳除臭比例以及和植物除臭剂联用时的稳定性,比对微生物联合植物除臭剂和单独使用微生物除臭剂、植物除臭剂对人类粪便的效果,探究其机理,为进一步的除臭研究提供方向。本文从化粪池粪便,葡萄园土壤中筛选出5株安全性高,除臭效果佳的菌株作为微生物除臭剂,并商购除臭效果好的丝兰提取物作为植物除臭剂,对其进行一系列研究,研究结果如下:(1)综合形态学观察,分子生物学鉴定,5株除臭菌株分别为巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、鼠李糖乳杆菌、干酪素乳杆菌和酿酒酵母,5种菌株安全性极高,被广泛用于药剂和食物行业。(2)结合拮抗实验和曲面响应实验的结果,最终确定芽孢杆菌属:乳酸菌:酵母菌=3.6:1:4时除臭效果最佳,恶臭强度从4.8降至2.7。该比例的复合菌剂稳定性极高,几乎不会被10%浓度丝兰提取物溶液所抑制。(3)通过对实验数据进行拟合,发现NH3、H2S、恶臭浓度、恶臭强度间相关性差,通过公式分析理论恶臭和实际恶臭,发现NH3、H2S可能并不是引起恶臭的最主要原因,通过GC-MS对挥发性有机物进行表征,4-甲基苯酚和吲哚类(含粪臭素)物质分别占恶臭物质质量分数44.07%和41.20%,即4-甲基苯酚和吲哚类(含粪臭素)物质可能是粪便致臭的关键物质。(4)恶臭浓度不是评价恶臭最优秀的指标,由于k值的影响,会出现恶臭浓度高但感受不强烈的现象。恶臭强度法是结合恶臭浓度法和感官属性k值的分析方法,是最适合评价恶臭的指标,但目前我国缺乏对k值的研究,建议从k值方向进行研究,并对k值较大的物质进行主要处理时收益最大。(5)感官属性k值是导致恶臭最关键的因素,简单的说,k值是人们对于一种物质的厌烦程度。如人们对粪臭味极度厌烦,所以导致粪臭味道的气体吲哚、粪臭素等k值较高。本文无论从主要无机恶臭物质NH3、H2S或主要有机恶臭气体4-甲基苯酚、吲哚类(含粪臭素)物质进行分析。碱性物质的k值均显著大于酸性物质的k值,因此通过复合菌剂降低p H是除臭效果好的重要机理之一。(6)对比复合除臭剂BY,微生物除臭剂B,植物除臭剂Y对不同时间人类粪便的除臭效果差异,发现在全程的复合除臭剂BY除臭效果最优,因为它能同时发挥微生物除臭剂B和植物除臭剂Y的作用。最佳除臭时间是12-24h,此时NH3从40ppm降至5ppm,H2S从0.5ppm降至检出限以下,恶臭强度OI从5降至2.6。(7)对粪便进行高通量测序,分析其微生物群落结构和功能酶预测,监测其12h-7d的变化。在除臭中期12h-2d,芽孢杆菌属、乳酸菌、酵母菌丰度极显著高于对照组,从丰度分析,酵母菌能最好的适应粪便环境,生存能力强,利用恶臭物质或前体作为细胞碳骨架快速生长,在1d-3d达到真菌相对丰度97%以上。同时复合除臭剂的加入能降低致病菌的丰度下降。通过PICRUSt2对功能酶基因进行预测,复合除臭剂BY能显著减少人类疾病相关通路(Cancer:Specific、Infectious diseases:Viral/Parasitic)的丰度,同时降低产臭酶如脲酶(Urease),色氨酸脱氢酶(Tryptophanase),脲基甲酸酯水解酶(Allophanate hydrolase)基因相对丰度。降低程度酵母菌高于芽孢杆菌属、乳酸菌。酵母菌菌体大,蛋白含量高,酶系统丰富,抑制效果佳,可能是一种极具潜力的除臭微生物。
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