畜禽粪便固态发酵及其除臭的研究

摘要

该实验从畜禽粪便资源化利用的角度出发，从不同来源的样品中筛选出解磷芽胞杆菌和解钾芽胞杆菌，并对其进行生理生化及分子鉴定。将筛到的菌株以畜禽粪便为主要原料进行固态发酵研究，此项研究为生产相应的微生物肥料奠定基础。此外，本实验采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法分析畜禽粪便中的挥发性有机化合物，并且对于水虻对畜禽粪便的除臭作用进行了初步研究。 在卵磷脂培养基上降解有机磷的菌株可以把卵磷脂大分子降解为小分子，产生脂肪，形成不透明的溶脂圈，根据溶脂圈的大小筛选得到生长较好的12株。然后，将其接入卵磷脂液体培养基中进行摇瓶复筛，根据发酵后培养液中可溶性磷的含量，得到分解难溶有机磷能力最强的菌株a11，其发酵液中可溶性磷的含量达到11.6mg/kg，是对照(1.8 mg/kg)的6.4倍。 在阿须贝培养基和解钾细菌选择性培养基上初筛得到11株生长良好菌株。将其接种到钾长石矿粉液体培养基发酵一周后用原子吸收法测发酵液中可溶性钾含量。结果显示，CK21菌株表现出最强的解钾能力，其发酵液中可溶性钾的含量达到10.3mg/kg，是对照(1.2 mg/kg)的8.6倍。 生理生化及分子鉴定结果表明菌株a11为巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium)，菌株CK21为胶质芽胞杆菌(Bacillus mucilaginosus)。 随后，本实验优化了以畜禽粪便为主要原料解磷芽胞菌和解钾芽胞菌的固态发酵条件，分别讨论了搅拌、水份、pH值、辅料及辅料加入量对固态发酵的影响。结果显示，适合菌株a11生长的配比为：秸秆3 g/猪粪17 g，秸秆2g/牛粪18 g，秸秆4g/鸡粪16 g，适合菌株CK21生长的配比为：秸秆4 g/畜禽粪便16 g。秸秆的加入量越大，菌株CK21的生长越好。按照优化的物料配比，加入水和0.04 g MgSOM<,4>，装入发酵瓶中，调节含水量至65％左右，充分搅拌混匀，接入菌株a11和CK21，每隔12 h搅拌一次，控制温度于30℃，保持空气湿度90％以上发酵72 h。结果显示，解钾菌CK21和解磷菌a11在畜禽粪便为主要原料的培养基中生长良好，满足生产微生物肥料的要求(大于1亿个活菌数/克)。 最后，本实验采用顶空固相微萃取(HS-SPME)-气相色谱-质谱(GC/MS)法测定牛粪、猪粪和鸡粪中的挥发性有机化合物(VOCs)。在优化顶空固相微萃取的基础上，通过气相色谱-质谱分析，鉴定出牛粪中挥发性有机化合物44种，猪粪中39种，鸡粪中41种。顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法简单、快速、无需有机溶剂的优点使其适合于畜禽粪便中挥发性有机化合物的分析与鉴定。本研究揭示了畜禽养殖场臭味物质的来源，利用水虻对畜禽粪便进行脱臭并取得了显著效果，为畜禽粪便的除臭研究提供了新思路，为治理环境污染奠定了坚实基础。

目录

声明

摘要

第一章前言

1.1畜禽粪便对环境的污染

1.1.1水体污染

1.1.2对农田及作物的影响

1.1.3对环境卫生的影响

1.2当前对畜禽粪便的处理方法

1.2.1物理处理法

1.2.2化学处理法

1.2.3生物发酵处理法

1.3畜禽养殖场恶臭的来源及化学组成

1.4畜禽粪便恶臭的测定方法

1.5畜禽场粪便恶臭的控制方法现状

1.5.1对畜禽进行营养调控

1.5.2活菌制剂

1.5.3非营养性添加剂及臭气吸附剂的应用

1.5.4对畜禽排泄物进行处理

1.6畜禽粪便除臭存在的问题及发展方向

1.7微生物肥料的研究意义

1.8微生物肥料的定义和分类

1.9微生物肥料的研究进展

1.10微生物肥料的发展趋势

1.11本课题的研究内容及意义

第二章解磷菌解钾菌的分离筛选及鉴定

2.1前言

2.2材料与方法

2.2.1实验仪器

2.2.2土壤样品的采集

2.2.3培养基

2.2.4试剂

2.2.5芽胞杆菌的分离方法

2.2.6解磷菌解钾菌的初筛

2.2.7解磷菌解钾菌的复筛

2.2.8菌落形态的观察

2.2.9革兰氏染色与菌体形态的观察

2.2.10生理生化实验

2.2.11 16S rDNA扩增和序列测定

2.3结果与讨论

2.3.1解磷细菌的筛选结果

2.3.2解钾细菌的筛选结果

2.3.3菌体、菌落形态观察及生理生化鉴定

2.3.4 16S rDNA扩增结果及序列分析

2.4结论

第三章以畜禽粪便为主要原料解磷菌和解钾菌的固态发酵

3.1前言

3.2材料与方法

3.2.1实验材料

3.2.2培养基

3.2.3主要试剂

3.2.4主要仪器

3.2.5种子液制备

3.2.6固态发酵

3.2.7生料固态发酵

3.2.8菌数测定

3.2.9氮、磷、钾的测定

3.3结果与讨论

3.3.1原料中C/N的测定结果

3.3.2加水与搅拌对固态发酵的影响

3.3.3 pH值对固态发酵的影响

3.3.4固态发酵辅料的选择

3.3.5辅料添加量对固态发酵的影响

2.3.6生料发酵

3.4结论

第四章畜禽粪便的臭气分析及其除臭的初步研究

4.1前言

4.2材料与方法

4.2.1主要实验仪器与材料

4.2.2 GC/MS操作条件

4.2.3样品预处理方法

4.2.4水虻处理畜禽粪便

4.3结果与讨论

4.3.1 SPME条件的选择

4.3.2 畜禽粪便挥发性成分分析

4.3.3水虻对畜禽粪便除臭分析

4.4结论

参考文献

致谢