异位发酵床技术在奶牛养殖废水污染控制中的研究及应用

发布时间：2020-06-20 12:54

【摘要】：随着人们对奶制品需求量的增大,奶牛饲养量不断提高,养殖场粪污排放造成的环境污染问题越来越严重。生物发酵床技术是一种利用微生物发酵进行畜禽粪便处理的无污染、零排放的有机农业技术,可以同时解决污染控制与废弃物资源化利用的问题,是当前环保领域的研究热点之一。本研究首次将异位发酵床技术应用于奶牛场粪污控制,避免了原位发酵床中由于奶牛尿量大而造成的垫料“死床”问题,具有较好的研究价值。本研究根据异位发酵床垫料以纤维素为主要成分和奶牛场废水含大量铵态氮的特点,筛选获得具备高效纤维素降解能力和氨氮降解能力的耐热细菌6株,确定了其分类学地位和生物学特性。菌株鉴定结果如下:G21、G4-1和CR-15为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),G14为乳酪类芽孢杆菌(Paenibacillus lactis),CR-14为地衣芽孢杆菌(B.licheniformis) CR-3为甲基营养型芽孢杆菌(B.methylotrophicus)。将6株菌按比例制成菌剂应用于异位发酵床体系,并通过对发酵过程中相关理化因子、小分子物质、特征官能团、以及微生物群落结构变化规律的分析初步探讨了异位发酵床的运行机理。通过小试研究表明,添加菌剂比不添加菌剂的发酵效果更好,其中以油菜秸秆和玉米秸秆为主要垫料、添加20%牛粪的处理发酵效果最佳。通过中试研究发现,添加菌剂处理组发酵高温(50℃以上)可维持18天;发酵过程中含水量维持在60%～70%,垫料可吸纳废水的质量是垫料质量的2.417倍;垫料的全氮磷钾、有效磷和有效钾含量、种子发芽指数和蛔虫卵死亡率等在发酵后均比发酵前显著上升,而有机质含量、碳氮比(C/N)和粪大肠菌群数则显著下降,且均达到了国家农业行业生物有机肥标准;胡敏酸和富里酸的比值整体呈上升趋势,说明菌剂的添加有利于胡敏酸的形成和腐殖质质量的提高。利用红外光谱和核磁共振分析发酵垫料成分,表明有机物在微生物的作用下分解为酰胺类物质、小分子糖类物质(β-糖类、半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖)及多糖等,引起了发酵垫料的矿化和腐殖质化。基于rep-PCR和T-RFLP技术分析发酵中微生物群落结构的变化。结果显示添加菌剂的处理组中细菌数量更多、种类更丰富,垫料中的菌群以芽孢杆菌为主,其丰度与发酵过程中的温度、pH、养分含量以及C/N等多个因子呈显著正相关性,说明发酵垫料的环境更利于所添加菌株的生长繁殖。处理组和对照组的微生物类群在发酵后期的差异明显,说明菌剂在垫料发酵中起到一定作用。G21、G14、CR-15和G4-1分别在发酵不同阶段被检测到,结合其发酵效果,说明这4株菌在发酵的不同阶段对于加快异位发酵进程具有重要作用。研究初步确定了异位发酵床运行的工艺参数。主要包括:发酵前pH 7.50～7.75,含水量50%～60%, C/N45～50;菌剂接种量为2%。;发酵高温(50℃以上)维持18天以上;发酵后pH 7.75～8.25,含水量为65%左右,C/N约为18,垫料的减少量为65%左右,达到腐熟效果。此参数为该技术的大规模推广奠定了基础。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X713;S823
【图文】：

畜禽粪便,污染状况,安徽省,作者

畜禽养殖所产生的粪便污染主要包括恶臭气体污染、氮磷污染、药物、添加剂污染、有害病逡逑原微生物污染以及重金属元素污染等（Ｃａｂｒｅｒａ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００９；邋Ｓｉｎｇｈ邋ａｎｄ邋Ｆｕｌｅｋａｒ，邋２０１０），而这些都对逡逑水体环境、大气环境和土壤环境造成了严重影响。图１－１为安徽省肥西县某养殖厂畜禽粪便的污染逡逑状况。逡逑（１）水体污染逡逑与其他污染物质一样，当排入水体环境的畜禽粪便总量超过水体自然净化能力时，就会改变逡逑水体的物理、化学性质以及生物群落结构组成，造成水体变质，使得原有功能受到破坏，进而给逡逑人和动物的健康造成危害。根据环保部门的检测结果，大型奶牛场排放粪便的化学需氧量（ＣＯＤ）逡逑超标５０？７０倍，生化需氧量（ＢＯＤ）超标７０￣８０倍。粪便中的含氮有机物在微生物作用下会分解为逡逑ＮＨ３、ＮＣＶ、胺、ＮＯ／和ＮＨ／等。在有氧状态下胺和ＮＨ３会在硝化细菌作用下转变为ＮＣＶ和ＮＣＶ逡逑等亚硝基化合物的前体物质，而很多亚硝基化合物都是强化学致癌物质（Ｗａｒｔｈｅｓｅｎｅｔａｌ．，邋１９７５）。逡逑这些硝酸盐或亚硝酸盐类物质会渗入或通过雨水冲刷汇入地下水或地表水源，造成严重污染。美逡逑国环保署规定了公共用水硝态氮含量的最高标准为１０邋ｍｇ／Ｌ，人长期饮用超标水，会诱发癌症逡逑（Ｂａｔｔ邋ｅｔ邋ａｌ．

技术路线图,零污染,技术路线,原位

富的营养物质，可用于生产有机肥，进而实现废弃物的资源化利用（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００７ａ；逡逑Ｄｅｉｎｉｎｇｅｒ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００７；邋Ｗｅｓｔｅｒａｔｈ邋ｅｔ邋ａｌ”邋２００９）。该方法的主要技术路线如图卜２所示。逡逑国内外对于原位发酵床技术应用在养猪模式中的研究较多且比较成熟（图１－３）。研究者分别逡逑对原位发酵床养殖猪只的生长性能与传统养猪模式的猪只进行比较研究，发现在幼猪被词养到第逡逑２２周时，发酵床中的猪只利用更多的时间站立、运动以及在垫料中翻拱；在饲养第９周时发酵床逡逑中猪只的唾液皮质醇浓度较高，但是在第１７、２２周则与传统模式词养猪只的唾液皮质醇浓度相同，逡逑说明幼猪在饲养初期对发酵床环境产生了一定的应激反应，到第１４９天就己适应（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，逡逑２００７ａ）。另一研究则通过实验验证了原位发酵床养猪可以减少猪只取食距离，进而提高猪只的取逡逑食量、取食次数以及体重（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ邋ｅｔａｌ．，２００７ｂ）。因此，发酵床提供了更适于猪只运动、生长的逡逑环境，同时更方便猪只的喂养和管理。分别利用水泥地面和原位发酵床技术饲养相同的猪只，来逡逑源于猪只的尺》３释放量分别达到８．８２ｇ／ｄ和２．１６ｇ／ｄ

【参考文献】