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固定化氨氧化细菌去除堆肥过程中含氨臭气研究

作　者: 包蔚
导　师: 沈其荣；杨兴明
学　校: 南京农业大学
专　业: 植物营养学
关键词: 氨氧化细菌固定化细菌氨氮去除率堆肥
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

堆肥过程中产生的恶臭气体,污染环境,危害人类健康,干扰人们的正常生活,已成为一个急待解决的问题。本文从活性污泥中富集得到目标功能菌群氨氧化细菌。通过比较不同载体的包埋成球效果,确定了固定化包埋氨氧化细菌的最佳载体和最佳包埋条件。探讨了利用固定化氨氧化细菌技术和生物过滤法去除猪粪堆肥过程中含氨臭气的去除特性与去除效果,取得了下列主要结果和结论：氨氧化细菌是生物脱氮的主要菌群,本文从活性污泥中富集培养氨氧化细菌,经过3个周期(共42天)的培养,氨氧化细菌的数量大量增加,从1.5×105CFU·ml-1增加至3.5×107CFU-ml-1,富集前后氨氧化细菌数量相差233倍。该菌群的氨氮氧化速率为74.39μg·(m1·d)-1。试验以此菌群作为下一步研究材料。采用固定化微生物技术包埋氨氧化细菌可以弥补氨氧化细菌世代周期长,对环境变化敏感,容易被系统淘汰的缺点。本实验通过比较天然合成载体(海藻酸钠)、有机合成载体(聚乙烯醇)和混合载体(海藻酸钠-聚乙烯醇)的包埋效果发现：天然合成载体在传质性能和成球效果等方面比另两种载体好,虽然其机械强度比混合载体低,但基本能满足生物过滤器中对载体的要求,因此试验最终选择天然合成载体,作为固定化包埋氨氧化细菌的最佳载体。通过单因素试验比较发现：当海藻酸钠浓度为4%,CaCl2浓度为3%,包菌量为3.0 g·L-1时,氨氮的去除率均超过80%,达到最佳包埋条件。与未固定细胞的处理相比,固定化细胞对温度、pH的变化以及有机物、有毒物质污染等环境变化表现出更强的适应能力。采用固定化氨氧化细菌处理猪粪堆肥过程中产生的氨气时发现,当进气口氨气浓度变化范围在33.42～424.11 mg·m-3时,出气口浓度范围在3.75-21.62 mg·m-3,去除率呈逐渐下降的趋势,平均去除率达到85%,去除效果较好。对氨气代谢产物分析发现,氨氮在氨氧化细菌的作用下主要转化为亚硝态氮,转换率为54%。每隔5d对生物过滤器出气口排出的微生物进行计数发现：出气口排出的氨氧化细菌和真菌数量很少,氨氧化细菌仅在第15d排出量增加为23 CFU·m-3,而真菌数量均不超过1 CFU·m-3,异养细菌在前5d排出的量很少,但之后不断增加,到第15d达到110 CFU·m-3。可见生物除臭装置对周围空气环境影响较少,该装置如经进一步中试放大后,可以安全应用于实际生产中。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章文献综述  12-25
  1.1 研究意义  12-14
    1.1.1 堆肥过程中的臭气来源及其危害  12-13
    1.1.2 生物除臭的意义  13-14
  1.2 研究现状  14-23
    1.2.1 自然界中降解氨氮的微生物  14
    1.2.2 固定化微生物技术  14-19
      1.2.2.1 固定化微生物技术简介  15-16
      1.2.2.2 固定化微生物技术的载体  16-17
      1.2.2.3 固定化微生物技术的应用  17-19
    1.2.3 生物除臭方法  19-23
      1.2.3.1 生物除臭的原理  19-20
      1.2.3.2 常规生物除臭方法  20-23
  1.3 研究目的、内容及技术路线  23-25
    1.3.1 研究目的  23
    1.3.2 研究内容  23-24
    1.3.3 技术路线  24-25
第二章氨氧化细菌的富集  25-30
  2.1 材料  25
    2.1.1 供试样品  25
    2.1.2 培养基  25
  2.2 方法  25-26
    2.2.1 氨氧化细菌富集方法  25-26
    2.2.2 氨氧化细菌富集效果评价  26
  2.3 结果与分析  26-28
    2.3.1 富集过程中氨氮浓度的变化  26-28
    2.3.2 富集过程中氨氧化细菌数量和氨氧化速率的变化  28
  2.4 讨论  28-30
第三章固定化氨氧化细菌载体的选择  30-35
  3.1 材料  30-31
  3.2 方法  31-32
    3.2.1 菌体收集  31
    3.2.2 不同包埋载体的固定化方法  31
      3.2.2.1 天然合成载体  31
      3.2.2.2 有机合成载体  31
      3.2.2.3 混合载体  31
    3.2.3 固定化小球性能比较  31-32
      3.2.3.1 固定化小球机械强度和稳定性试验  31-32
      3.2.3.2 固定化小球传质性能比较  32
  3.3 结果与分析  32-34
    3.3.1 成球过程与成球结果比较  32-33
      3.3.1.1 海藻酸钠载体  32
      3.3.1.2 PVA载体  32
      3.3.1.3 海藻酸钠-PVA混合载体  32-33
    3.3.2 固定化小球性能比较  33-34
  3.4 讨论  34-35
第四章固定化氨氧化细菌最佳包埋条件确定及其对氨氮去除效果的影响  35-44
  4.1 材料  35
  4.2 方法  35-37
    4.2.1 菌体收集方法  35
    4.2.2 氨氧化细菌固定化包埋方法  35-36
    4.2.3 固定化细胞对氨氮去除率的测定方法  36
    4.2.4 最佳固定化包埋条件的确定  36
    4.2.5 固定化细胞对氨氮去除效果的影响  36-37
  4.3 结果与分析  37-42
    4.3.1 最佳固定化包埋条件的确定  37-39
      4.3.1.1 海藻酸钠浓度对固定化细胞氨氮去除效果的影响  37
      4.3.1.2 CaCl_2浓度对固定化细胞氨氮去除效果的影响  37-38
      4.3.1.3 包菌量对固定化细胞氨氮去除效果的影响  38-39
    4.3.2 固定化包埋氨氧化细菌对氨氮去除效果的影响  39-42
      4.3.2.1 温度对氨氮去除效果的影响  39
      4.3.2.2 pH对氨氮去除效果的影响  39-40
      4.3.2.3 有机碳源对氨氮去除效果的影响  40-41
      4.3.2.4 金属离子对氨氮去除效果的影响  41-42
  4.4 讨论  42-44
第五章固定化氨氧化细菌处理堆肥过程中氨气的研究  44-52
  5.1 材料  45-46
    5.1.1 实验装置  45-46
    5.1.2 实验材料  46
  5.2 方法  46-47
    5.2.1 氨氧化细菌固定方法  46
    5.2.2 氨气测定方法  46
    5.2.3 NH_3代谢产物分析方法  46-47
    5.2.4 出气口微生物的计数  47
  5.3 结果与分析  47-49
    5.3.1 堆肥过程中温度变化  47
    5.3.2 氨气在生物过滤器中的去除情况  47-48
    5.3.3 NH_3代谢产物分析  48-49
    5.3.4 出气口微生物分析  49
  5.4 讨论  49-52
第六章全文结论  52-54
参考文献  54-60
附录  60-62
作者简介  62-64
硕士期间发表的论文  64-66
致谢  66

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