- 相關(guān)推薦
除臭菌株對NH3和H2S釋放及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響
引言
黑龍江是畜牧業(yè)大省，隨著奶牛業(yè)迅速發(fā)展，牛糞已成為農(nóng)村的主要污染，若處理不當,將對大氣、水源和土壤造成嚴重污染,影響畜牧業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展[1, 2，3]。堆肥是利用微生物在一定的溫度、濕度和pH 值條件下,對有機物分解、轉(zhuǎn)化使之達到減量化、腐殖化和無害化,是畜禽糞便資源化利用的有效途徑，同時畜禽糞便含有豐富的N、P、K 等營養(yǎng)元素,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中良好的有機肥源[3，4]。
畜禽糞便在高溫堆肥過程中會產(chǎn)生大量有害氣體，其中NH3 和H2S 是最主要的惡臭物質(zhì)，這些氣體不但污染環(huán)境，還對人類健康造成極大威脅。因此，采取有效措施，最大限度地降低有害氣體的產(chǎn)生和排放，使其轉(zhuǎn)化成可利用的物質(zhì)，是畜禽糞便無害化處理亟待解決的問題。
堆肥時加入選育的除臭菌株，研究對NH3 和H2S 有害氣體釋放量的影響，揭示氮和硫轉(zhuǎn)化，為畜禽糞便無害化處理及資源化利用提供理論依據(jù)及菌種資源。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
新鮮牛糞、稻草取自香坊農(nóng)場，所用菌株均為本實驗室篩選。
1.2 試驗方法
新鮮牛糞和稻草混合均勻后接入5%菌液，含水量調(diào)至65%左右，堆成2m×1.5 m×1.2m的堆體。每一個菌株設(shè)二個處理，處理Ⅰ：堆體瓶內(nèi)放置裝有硼酸溶液的燒杯,用以吸收NH3;處理Ⅱ：堆體瓶內(nèi)放置裝有鋅銨絡(luò)鹽溶液的燒杯，用以吸收H2S，以不接種菌劑為對照，每個處理重復3 次。
1.3 測定項目及方法
NH3 采用酸堿滴定法[5]；H2S 采用鋅銨絡(luò)鹽吸收比色法[6]；水分含量采用重量法[7]；pH 值用pH 計測定[7]；全氮采用硫酸-過氧化氫消煮和凱氏定氮法測定[7]；有機氮采用Bremner 法[8]；NH4+-N采用2mol·L-1KCl 浸提法[9]；NO3-N 采用還原蒸餾法[9]；硫酸鹽用EDTA 間接絡(luò)合滴定法[9]；總硫采用灼燒法測定[10]。
1.4 數(shù)據(jù)分析
采用 EXCEL2003 和SPSS17.0 進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同菌株對臭味氣體釋放量的影響
2.1.1 不同菌株對 NH3 釋放量的影響
堆肥初期隨著溫度上升，大量有機物質(zhì)分解，轉(zhuǎn)化成NH4+-N，進一步轉(zhuǎn)化為NH3，所有處理NH3 釋放量迅速增加，并在第7d 達到最高，隨著溫度逐漸下降及微生物礦化作用減弱，有機態(tài)氮降解為NH4+-N 量減少，NH3 釋放量也隨之下降。因此，升溫期與高溫期是調(diào)控NH3 釋放的關(guān)鍵時期。
NH3 釋放量變化見圖1，不同菌株在堆肥過程一直有NH3 釋放，對照NH3 釋放量一直較菌株處理高，釋放高峰期均出現(xiàn)在高溫階段。堆肥結(jié)束時對照NH3 總釋放量為1.892 g/kg干樣，菌株B1、A1 與A2 為0.594、0.738 和0.870g/kg 干樣；菌株B1、A1 與A2 除氨效果較好，較對照分別降低了68.59%、61.00%和54.01%。
2.1.2 不同菌株對 H2S 釋放量的影響
隨著堆肥時間延長及溫度上升，易分解有機物質(zhì)快速分解產(chǎn)生大量的含硫化合物，H2S釋放量逐漸上升，第7d 時H2S 釋放量最高，隨后下降。新鮮牛糞H2S 的大量釋放主要在高溫期。因此，需要在堆肥前期與高溫期控制H2S 釋放。
單菌株對降低 H2S 釋放均有一定的抑制作用見圖2，但存在一定差異，除菌株B3 外其他菌株在第12d 時已基本無H2S 釋放，而對照一直有H2S 釋放，并且各時期均較單菌株高，堆肥結(jié)束時H2S 釋放總量為260.84 mg/kg 干樣，菌株B1、A1 與B3 為26.89 、34.22 和 51.47mg/kg 干樣；單菌株較對照H2S 釋放量均降低了50%以上，菌株B1、A1 與B3 降低了89.69%、86.88%和80.27%，表明有很強的除臭能力。
2.2 溫度對氣體釋放量的影響
相關(guān)分析表明，溫度與NH3 和H2S 釋放量之間呈極顯著的正相關(guān)（r2=0.928），即溫度越高，氣體釋放量越多，反之，則越少。因此應(yīng)在滿足堆肥無害化前提條件下盡可能縮短高溫期維持的天數(shù)，減少NH3 和H2S 的釋放，有效地保留氮素和硫素，提高堆肥產(chǎn)品品質(zhì)。
不同菌株處理與對照間氣體釋放量均呈顯著差異（P<0.05），表明選育的菌株能在高溫堆肥時發(fā)揮作用，有效地控制氣體釋放，抑制臭味產(chǎn)生。
2.3 不同菌株對物質(zhì)轉(zhuǎn)化影響
2.3.1 不同菌株對含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化影響
�。�1）NH4+-N 與NO3-N 變化堆肥結(jié)束時 NH4+-N 含量均比堆肥前略有提高，pH 值上升，說明有機氮礦化為NH4+-N 的速率大于NH4+-N 向其它形態(tài)轉(zhuǎn)化的速率。堆肥結(jié)束時對照NH4+-N 含量較堆肥前增加了28.44%，而除臭效果好的B1、A1 與A2 菌株僅增加了4.47%，7.19%和10.35%，NH4+-N含量較對照低是由于NH4+-N 進一步轉(zhuǎn)化為NO3-N 或被微生物吸收利用，說明添加微生物可以更好的保留氮素；NH4+-N 含量低，pH 值較小，可以減少NH3 在堿性條件下?lián)]發(fā)。
初期反硝化作用較強，部分NO3-N 通過反硝化作用轉(zhuǎn)化成N2 或被微生物固定，各處理NO3-N 含量均比堆肥前略有下降；菌株B1、A1 與A2 NO3-N 含量比對照略有提高但變化幅度相對較小，原因是降溫期時間較短硝化細菌數(shù)量較少、硝化作用較弱。
�。�2）全氮與有機氮變化隨著溫度升高,有機氮在微生物的作用下礦化為NH4+-N，一部分被轉(zhuǎn)化為NO3-N和NH3，NH3 揮發(fā)導致全氮降低；一部分被微生物利用合成細胞中的有機氮。
由可知，不同處理全氮、有機氮含量較堆肥前均有下降。堆肥結(jié)束時菌株B1、A1與A2較對照全氮增加了19.81%、18.80%和18.20%，有機氮增加了28.99%、27.42%和25.45%；對照全氮和有機氮較堆肥前減少了5.73 g/kg 和5.01 g/kg�？梢�，除臭菌株可以促NH4+-N 向有機氮和NO3-N 轉(zhuǎn)化, 有效控制NH3 揮發(fā)，減少氮素大量損失，防止惡臭擴散。
2.3.2 不同菌株對含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化影響
目前，國內(nèi)對高溫堆肥中H2S 物質(zhì)轉(zhuǎn)化研究未見報道。堆肥時釋放的H2S 被自養(yǎng)微生物作為營養(yǎng)物質(zhì)和能源吸收、利用,在生物體內(nèi)經(jīng)生化反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化為硫酸鹽以及單質(zhì)硫[11]。
表明所有處理的全硫含量均有所減少，硫酸鹽含量均較堆肥前有明顯提高，H2S 總釋放量越低其硫酸鹽含量越高，原因是有機硫化物氧化過程中釋放的H2S 被硫化細菌氧化為硫酸鹽。堆肥結(jié)束時菌株A1、B1 和B3 全硫含量較對照增加了29.05%、22.64%和17.91%，硫酸鹽含量增加了40.77%、36.49%和30.18%；對照全硫較堆肥前減少了2.64g/kg。含硫惡臭氣體作為營養(yǎng)物質(zhì)被微生物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，保留硫素同時達到了去除惡臭的目的。
2.4 養(yǎng)分損失與形態(tài)轉(zhuǎn)化
2.4.1 氮素損失與形態(tài)轉(zhuǎn)化的關(guān)系
堆肥過程中氮素形態(tài)間的轉(zhuǎn)化主要包括兩個方面：氮素的固定和釋放。通常在堆肥過程中,氮素有一定的損失，這主要是由于有機氮的礦化和持續(xù)性NH3 的揮發(fā)以及NO3-N 的可能反硝化作用所導致[12]。
畜禽糞便中含有的氮類物質(zhì)，主要為NH4+-N、NO3-N 和有機氮。隨著微生物快速生長和繁殖，有機氮礦化為NH4+-N，部分NH4+-N 進一步轉(zhuǎn)化為NO3-N 和有機氮，未被轉(zhuǎn)化的NH4+-N 在堿性條件下以NH3 的形式揮發(fā)，pH 較高時，不僅造成堆肥的氮素損失，也是惡臭產(chǎn)生的主要因素。
相關(guān)性分析見，NH3 釋放量與H2S 釋放量、pH 呈極顯著正相關(guān)，與全氮、有機氮和硫酸鹽變化趨勢則相反；pH 與NH4+-N 呈極顯著正相關(guān)，與全氮、有機氮、NO3-N 和硫酸鹽的變化趨勢則相反。表明有機氮礦化為NH4+-N 含量越高，pH 值越高，NH3 釋放越多；NH4+-N 轉(zhuǎn)化為NO3-N、有機氮含量越多，全氮含量也越高，NH3 揮發(fā)則越少，表明選育的菌株能夠有效調(diào)控氮素轉(zhuǎn)化，達到控制臭味和提高氮素的目的。有機硫化物主要以含硫氨基酸和硫胺素、生物素等形態(tài)存在，而一般蛋白質(zhì)的氨化過程伴隨有脫硫過程[13]，因此微生物在降解蛋白質(zhì)等化合物產(chǎn)生NH3 的同時也會生成H2S，表明NH3 與H2S 揮發(fā)是正相關(guān)的，與一些學者研究結(jié)果一致。因此降低物料pH 值、促進NH4+-N 向其它形態(tài)氮轉(zhuǎn)化是控制NH3 揮發(fā)的有效途徑。
2.4.2 硫素損失與形態(tài)轉(zhuǎn)化
堆肥過程中硫素形態(tài)間轉(zhuǎn)化是一個復雜的過程，硫素主要以元素硫、硫化物、硫酸鹽、亞硫酸鹽和有機硫等形式存在。在堆肥過程中,隨著溫度升高，含硫有機化合物在異養(yǎng)微生物作用下分解生成含硫氣體，是堆肥中硫素損失和臭味產(chǎn)生的主要原因。
相關(guān)性分析見表2-1，H2S 釋放量與pH 呈顯著正相關(guān)，與全硫、全氮和硫酸鹽變化趨勢則相反。表明含硫有機化合物被異養(yǎng)微生物分解生成H2S 部分揮發(fā)到空氣中，部分被異養(yǎng)微生物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，轉(zhuǎn)化的越多，全硫減少的越少，H2S 釋放越少；NH3 與H2S 揮發(fā)是顯著正相關(guān)，而NH3 揮發(fā)越多全氮含量越少，因此，全氮含量越高，H2S 釋放越少。表明選育的除臭菌株可以調(diào)控硫素轉(zhuǎn)化,減少含硫有機化合物分解和H2S 揮發(fā)，控制臭味產(chǎn)生保留更多的硫素。
堆肥過程中 NH3 釋放量較H2S 多、且周期長；H2S 溶于水呈酸性, pH 值越高溶解越多,釋放越少，而NH3 溶于水呈堿性, pH 值越低溶解越多,釋放越少[14]，表明高pH 對NH3 釋放影響較H2S 大，而堆肥過程中pH 一直較高，因此pH 與NH3 釋放量呈極顯著正相關(guān)，而與H2S 釋放量呈顯著正相關(guān)，表明選育的菌株能在較寬的pH 范圍控制NH3 釋放。
3 結(jié)論
�。�1）牛糞堆肥加入選育的菌株均有較強的除臭效果，菌株B1 與A1 除臭效果最好，對NH3 與H2S 去除率分別能達到60%與80%以上，有效地控制NH3 與H2S 揮發(fā)。
（2）近幾年來有關(guān)堆肥中氮素損失及氮素轉(zhuǎn)化已有文獻報道,但目前有關(guān)硫素轉(zhuǎn)化的研究未見報道，本文對硫素轉(zhuǎn)化進行了初探。
�。�3）測定堆肥前后原料養(yǎng)分含量變化，研究了NH3 與H2S 物質(zhì)轉(zhuǎn)化。菌株B1、A1 可以促使氮類物質(zhì)向有機氮和NO3--N 轉(zhuǎn)化,同時可以降低H2S 釋放，促使其向硫酸鹽類轉(zhuǎn)化，有效地保留了氮素和硫素。
�。�4）溫度與氣體釋放量之間呈極顯著的正相關(guān)，不同菌株處理與對照間氣體釋放量均有顯著差異（P<0.05），表明選育的菌株能在高溫下有效地控制氣體釋放。
�。�5）NH3 與H2S 揮發(fā)呈顯著正相關(guān)，pH 對NH3 釋放的影響比對H2S 釋放的影響顯著。
（6）相關(guān)性分析表明，有機氮被微生物礦化為NH4+-N 含量越高，pH 值越高，NH3 釋放越多，而NH4+-N 被微生物轉(zhuǎn)化為NO3-N、有機氮含量越多，NH3 揮發(fā)越少；有機硫化物被微生物大量分解生成的H2S 越少，而H2S 轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的含量越多，硫素損失的越少。
中國碩士論文網(wǎng)提供大量免費碩士畢業(yè)論文,如有業(yè)務(wù)需求請咨詢網(wǎng)站客服人員！
[參考文獻] (References)
[1] 黃紅英,常志州,朱萬寶,等.調(diào)理劑在豬糞處理中的除臭及保氮作用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護, 2001,20(3):169-171.HUANG Hong-ying, CHANG Zhi-zhou; ZHU Wan-bao, et al. Odor Reduction and Inhibitor of NitrogenLosses by Chemical Amendments During Composting Pig Manure[J]. Agro-environmen- tal Protection, 2001,20(3): 169-171.
[2] 高華,秦清軍,谷潔,等.除臭菌劑在家禽糞便無害化處理中的效果研究[J].西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版),2004,32(11):59-64.
[3] GAO Hua, QIN Qing-jun, GU Jie, et al. Study on the effects of deodorizing microorganism on poultrymanure composting[J]. Journal of Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry, 2004,32(11):
[4] 59-64.
[5] 單婕,邵孝侯.奶牛糞高溫堆肥保氮與除臭技術(shù)實驗研究[J].環(huán)境科學與術(shù),2012,31(12):48-50.
[6] SHAN Jie, SHAO Xiao-hou. Nitrogen Prese-rving and Deodorizing Technology in High Tempera ture Comp-
[7] osting of Cow Manure[J]. Environmental Science & Technology, 2012, 31(12):48-50.
[8] 曹喜濤,黃為一,常志州,等.雞糞堆制過程中氮素損失及減少氮素損失的機理[J].江蘇農(nóng)業(yè)學報2004,20(2):106-110.
[9] CAO Xi-tao, HUANG Wei-yi, CHANG Zhi-zhou, et al. Mechanism of Nitrogen Loss and Reduction inNitrogen Loss during the Compost of Chicken Manure[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences,2004,20(2):106-110.
[10] 中國科學院土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上�？茖W技術(shù)出社,1981:28-52.
[11] Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences. Soil Physical and Chemical Properties Analysis[M].Shanghai:Shanghai Scientific and Technical Publishers, 1981:28-52.
[12] 吳鵬鳴.環(huán)境空氣監(jiān)測質(zhì)量保證手[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,1989:89-102.
[13] Wu Peng-ming. Quality Pledge Directory of Air-Quality Monitoring[M]. Benjing: China Environ- mentalScience Press, 1989:89-102.
[14] NY525 一2002.有機肥料[S].北京:中國標準出版社，2002.
[15] NY525 一2002. Organic fertilizer[S].Beijing:China Standards Press,2002.
[16] Bremner JM. Organic forms ofnitrogen[A]. USA: Madison, American Society of Agronomy,1965:1148-1178.
[17] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析 [M]. (第三版),北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.
[18] BAO Shi-dan. Analysis of soil and agrochemicals[M]. Beijing: China Agricultural Press, 2000.
[19] GB/T 19203-2003.復混肥料中鈣、鎂、硫含量的測定[S].北京:中國標準出版社,2003[20] GB/T 19203-2003. Determination of calcium, magnesium and sulphur content for compound fertilizer[S].Beijing:China Standards Press, 2003.
[21] 李莎璐,蔣文舉,金燕,等.微生物脫臭研究應(yīng)用進展[J].環(huán)境科學與技術(shù),2007,30(5):108-114.
[22] LI Sha-lu, JIANG Wen-ju, JIN Yan, et al. Advance on Biotreatment of Odors[J]. Environmental Science &Technology, 2007,30(5):108-114.
[23] 賀琪,李國學,張亞寧,等.高溫堆肥過程中的氮素損失及其變化規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報.2005,24(1):169-173.
[24] HE Qi, LI Guo-xue, ZHANG Ya-ning, et al. N loss and its characteristics during high temperaturecomposting[J]. Journal of Agro-environmental Science, 2005, 24(1):169-173.
[25] 閔航.微生物學[M]. 浙江大學出版社, 2005:271—272.
[26] MIN Hang.Microbiology[M]. Zhejiang University Press,2005:209-210.
[27] 賈華清.畜禽糞便的除臭技術(shù)研究進展[J].安徽農(nóng)學通報,2007,13(5):49-51.
[28] JIA Hua-qing. Research development of deodorization technology of livestock manure[J]. Anhui AgriculturalScience Bulletin, 2007, 13(5):49-51.
[29] 鮑艷宇,周啟星,顏麗,等.雞糞堆肥過程中各種氮化合物的變化及腐熟度評價指標[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2007,26(4):1532-1537.
[30] BAO Yan-yu, ZHOU Qi-xing, YAN Li, et al. Changes of Various Nitrogen-containing Compounds in Comp-
[31] osting of Chicken Manure and Indexes of Maturity Evaluation[J]. Journal of Agro-Environment Science,2007
[32] , 26(4):1532-1537.
【除臭菌株對NH3和H2S釋放及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響】相關(guān)文章：
探析氮肥運籌對川澤瀉干物質(zhì)積累和分配的影響03-19
五加雙參片對輻射和化學物質(zhì)損傷細胞的影響03-20
化學物質(zhì)對城市生態(tài)環(huán)境的影響03-07
探討化學物質(zhì)對城市生態(tài)環(huán)境的影響03-18
非物質(zhì)文化遺產(chǎn)和旅游的關(guān)系12-06