不同呼吸途径对猪粪尿废水异化Fe(Ⅲ)还原及挥发性脂肪酸降解的影响

摘要

随着我国畜牧业的迅速发展，城郊和工矿区集中了大量的集约化大型畜禽养殖场，而多数尚无完善的粪尿处理设施，造成了大气的恶臭污染和土壤、水体的有机物及病原菌污染。目前畜禽粪尿废水恶臭污染控制技术很多，但大多处理效果并不十分理想。结合现有的研究发现，在生态系统中分布广泛的异化Fe(Ⅲ)还原微生物可以利用恶臭物质的多种化学成分为电子供体，将Fe(Ⅲ)转化为Fe(Ⅱ)，同时将恶臭物质氧化，达到除臭的目的。但异化Fe(Ⅲ)还原反应属于微生物参与介导的酶促氧化还原反应，猪粪尿废水中的其他电子受体会直接或间接的影响到Fe(Ⅲ)的还原，其中硝酸盐、硫酸盐、Mn(IV)和碳酸盐均为猪粪尿废水中主要的电子受体，其对厌氧环境中的电子传递过程具有重要影响。因而考察在硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、Mn(IV)等电子受体存在条件下，异化Fe(Ⅲ)还原混合菌群对畜禽粪尿废水中挥发性脂肪酸（VFAs）降解的影响是非常有必要的。本文选用挥发性脂肪酸（VFAs）为恶臭指示物，将富集驯化的异化Fe(Ⅲ)还原微生物接种至猪粪尿废水中，添加不同浓度的Fe(Ⅲ)、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、Mn(IV)，以便了解细菌其它呼吸途径对猪粪尿废水异化Fe(Ⅲ)还原和VFAs降解的影响。研究主要得到如下结论：
　　①同时添加富集驯化的异化Fe(Ⅲ)还原微生物和柠檬酸铁溶液，或单独添加上述两种物质均可对猪粪尿废水恶臭产生一定的去除效果，但添加了异化Fe(Ⅲ)还原微生物的样品处理效果要远远好于不添加菌液的样品。既不添加菌液也不加柠檬酸铁的样品猪粪恶臭强度未见降低。感官法判断的恶臭强度和VFAs降解的趋势有较好的关联性，这表明选用VFAs作为恶臭指示物是合适的。
　　②添加柠檬酸铁溶液可促进发酵型异化Fe(Ⅲ)微生物将糖类等大分子物质转化为乙酸、氢等代谢产物，同时提高猪粪尿的碳氮比，有利于微生物的快速生长。当Fe(Ⅲ)浓度高于80mM时，将对VFAs的降解产生不利影响。
　　③异化Fe(Ⅲ)还原微生物在利用电子受体时，优先选用NO3-，当NO3-浓度高于2.0mg/L时，Fe(Ⅲ)的净还原受到一定程度的抑制。但NO3-降解速率很快，很难对Fe(Ⅲ)的还原形成长期的影响。
　　④当浓度较高的可溶性Fe(Ⅲ)和不溶性的Mn(Ⅳ)同时存在时，异化Fe(Ⅲ)还原微生物优先利用可溶性Fe(Ⅲ)，但当猪粪尿中Fe(Ⅲ)浓度低于1000mg/L时，30mMMn(Ⅳ)样品、50mMMn(Ⅳ)样品中Fe(Ⅱ)的累积量受到了一定程度的抑制，当Fe(Ⅲ)浓度低于500mg/L时，50mMMn(Ⅳ)样品中Fe(Ⅱ)累积量在4~19d内未出现增加。
　　⑤SO42-和Fe(Ⅲ)可同时作为电子受体被异化Fe(Ⅲ)还原微生物利用，在整个试验过程中，随着Fe(Ⅲ)浓度的降低，SO42-的降解速率未出现明显变化。
　　⑥过高浓度的Fe(Ⅲ)、NO3-、SO42-、Mn(Ⅳ)、CO32-等均可对异化Fe(Ⅲ)还原微生物降解VFAs产生不利影响，按产生不利影响时的浓度高低排序：SO42->CO32->Fe(Ⅲ)>Mn(Ⅳ)>NO3-。

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1 绪 论

1.1 畜禽粪便恶臭污染造成的危害及其产生机理

1.2 畜禽粪尿废水恶臭测定方法及重要恶臭指示物的提出

1.3 畜禽粪尿废水已有的恶臭控制技术及其存在问题

1.4 异化Fe(Ⅲ)还原菌在畜禽粪尿恶臭污染控制的研究现状

1.5 其他呼吸途径对异化Fe(Ⅲ)还原影响的研究现状

1.6 本研究的目的及意义

1.7 主要研究内容和拟解决的关键问题

2 添加富集菌液和不同浓度Fe(Ⅲ)对VFAs降解的影响

2.1 引言

2.2 猪粪尿废水中异化Fe(Ⅲ)还原混合菌的富集与驯化

2.3 添加不同浓度Fe(Ⅲ)对异化Fe(Ⅲ)还原菌降解VFAs影响

2.4 添加Fe(Ⅲ)或富集菌液对猪粪尿废水VFAs降解的影响

3 不同电子受体对猪粪尿中VFAs降解的影响

3.1 引言

3.2 不同NO3-浓度对猪粪尿异化Fe(Ⅲ)还原菌降解VFAs的影响

3.3 不同CO32-浓度对猪粪尿异化Fe(Ⅲ)还原菌降解VFAs影响

3.4 不同Mn(Ⅳ)浓度对猪粪尿异化Fe(Ⅲ)还原菌降解VFAs影响

3.5 不同SO42-浓度对猪粪尿异化Fe(Ⅲ)还原菌降解VFAs的影响

4 结论与建议

4.1 主要研究结论

4.2 本研究的创新点

4.3 进一步研究建议

致谢

参考文献

附 录