（环境工程专业论文）生物发酵床去除鸡粪恶臭的初步研究.pdf

目录 j ii j d j m i r l l u l l l i j f f r r r r u r j l l l l i j l l j l l l j j y 2 13 3 0 1 i l i i l l 摘要1 a b s t r a c t i l 第1 章引言1 1 1 畜禽粪便的污染现状1 1 2 国内外常用的粪便除臭方法4 1 3 恶臭的测定方法1 0 1 4 研究目的及意义1 3 1 5 研究内容1 3 1 6 本研究的技术路线1 4 1 7 本研究的创新性1 4 第2 章微生物的分离与鉴定1 5 2 1 微生物的选择1 5 2 2 实验内容和方法1 5 2 3 实验结果与分析2 1 2 4 小结2 4 第3 章模拟发酵床对鸡粪除臭的实验研究2 5 3 1 实验内容及方法2 5 3 2 实验结果与分析2 9 3 3 小结4 1 第4 章养鸡小试一4 2 4 1 试验方法4 2 4 2 试验结果及分析4 3 4 3 小结4 9 第5 章结论与建议5 0 5 。1 结论，5 0 5 2 建 义5 0 参考文献5 2 致调j - 5 6 作者在攻读学位期间发表的论文及从事的科研项目5 7 重庆工商大学硕士学位论文 摘要 本研究采用模拟生物发酵床技术，从长期堆放鸡粪的土壤中分离纯化土著微 生物，并从中筛选出具有高效除臭作用的菌株，探讨了发酵垫料厚度和含水率， 研究了复合菌株及其配比对发酵床处理鸡粪效果的影响，并针对该技术做了养鸡 小试，以寻找出能快速达到去除鸡粪臭味目的的生物处理方法。 通过土著微生物的分离与鉴定，总共分离出微生物1 0 株，其中酵母菌3 株、 放线菌3 株、黑曲霉2 株、光合细菌2 株；通过对分离出的各菌株进行菌落特征 观察及镜检，确定所分离得到的菌株为目的菌株。 通过将微生物用于模拟发酵床对鸡粪除臭的实验，得到如下结论：单一菌株 酵1 # 、放1 # 、黑1 # 和光2 # 表现出较好的除臭能力，其中酵1 # 、放1 # 和光2 # 到第 7 d 时臭味等级降为0 级，n h 3 浓度分别为0 2 5 1 m g m 3 、0 1 3 6 m m 3 、0 0 7 7 m m 3 ， 比c k l 降低了9 0 2 、9 4 7 、9 7 ，比c k 2 降低了9 4 8 、9 7 2 、9 8 4 ；黑1 # 到第8 d 时臭味等级为o 级，n h 3 浓度为0 3 6 2m 咖3 ，比c k l 降低了8 5 9 ，比 c k 2 降低了9 2 5 ；而两组对照组中加入土壤的c k l 除臭效果比没加土壤的c k 2 除臭效果好；通过对垫料厚度和含水率的探讨，得出在垫料厚度为3 0 c m ，含水率 为6 0 时，模拟发酵床技术对鸡粪臭味的去除效果最好；通过各高效除臭菌株的 组合实验及其配比的研究，发现各组合菌株的除臭效果较各单菌株的除臭效果好， 四种菌株组合的除臭效果最佳，在第6 d 时臭味等级降为0 级，n h 3 降解率为9 7 2 ， 复合菌种的最佳配比为酵1 # ：放l # ：黑1 # ：光2 # 为1 ：1 ：1 ：1 。 通过养鸡小试发现，生物发酵床技术能够降解鸡舍中的臭气，在整个养殖过 程中，垫料上的鸡粪较少，并且没有蚊虫、蛆蝇孳生，发酵温度保持在2 5 , - , 3 0 。c ， 垫料含水率维持在5 0 - - - 6 0 。在养殖密度为3 只m 2 时，n h 3 的平均浓度为 0 2 6 3 m m 3 ；养殖密度增至6 只m 2 ，n h 3 的平均浓度为o 3 8 4 m m 3 ，远远低于鸡 舍中n h 3 的最高允许浓度1 5 m m 3 。 关键词：生物发酵床；鸡粪；恶臭；除臭微生物 重庆工商大学硕士学位论文 a bs t r a c t t h i sp a p e r a d o p t s i m u l a t i o nb i o l o g i c a lf e r m e n t a t i o nt e c h n o l o g y , i s o l a t i o na n d p u r i f i c a t i o n i n d i g e n o u sm i c r o o r g a n i s m sf r o ms o i lw i t hl o n g s t a c k e dp i l e dc h i c k e n m a n u r e ，a n ds e l e c tt h es t r a i n sh a v eh i g he f f i c i e n t d e o d o r i z a t i o ne f f e c t ，d i s c u s st h e t h i c k n e s sa n dm o i s t u r ec o n t e n to fl i t t e r , s t u d yt h ei n f l u e n c eo fc o m p o s i t em i c r o b e sa n d t h e i rr a t i oo nt h ee f f e c t so ff e r m e n t a t i o nb e d p r o c e s s i n gc h i c k e nm a n u r e ，t of i n do u tt h e b i o l o g i c a lt r e a t m e n tm e t h o dt oq u i c k l yr e m o v ec h i c k e ns t i n k t h r o u g ht h ei s o l a t i o na n di d e n t i f i c a t i o ne x p e r i m e n to fi n d i g e n o u sm i c r o o r g a n i s m s ， 10s t r a i n sw e r ei s o l a t e d i nt h i s s t u d y , i n c l u d i n g 3s t r a i n so fy e a s t ，3s t r a i n so f a c t i n o m y c e s ，2s t r a i n so fa s p e r g i l l u sn i g e r , 2s t r a i n so fp h o t o s y n t h e s i sb a c t e r i a ；t h r o u g h c o l o n yc h a r a c t e r i s t i c so b s e r v m i o na n dm i c r o s c o p i ce x a m i n a t i o n ，t h er e s u l ts h o w st h a t t h es t r a i n sw es e l e c t e da r et h es t r a i n sw h i c hw ee x p e c t e d t h e n ，t h e s e sm i c r o o r g a n i s m sw e r eu s e d i ns i m u l a t i o nf e r m e n t a t i o nb e dt o d e o d o r i z ec h i c k e nm a n u r e ，t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ，t h es i n g l es t r a i no fy e a s t1 ”， a c t i n o m y c e s l4 ，a s p e r g i l l u sn i g e r1 # , p h o t o s y n t h e s i sb a c t e r i a2 4s h o w sg o o dd e o d o r a n t a b i l i t y i nt h es e v e n t hd a y , t h es t i n kl e v e ld o w nt o0l e v e lo fy e a s tl # , a c t i n o m y c e s l “a n d p h o t o s y n t h e s i s b a c t e r i a2 # , a m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni s 0 2 5lm g m 3 , 0 13 6 m g m 3 ， 0 0 7 7 m g m 3r e s p e c t i v e l y , r e d u c e db y9 0 2 、9 4 7 、9 7 t h a nc k l ，a n dr e d u c e db y 9 4 8 、9 7 2 、9 8 4 t h a nc k 2 ，a s p e r g i l l u sn i g e r1 4d o w nt o0l e v e li nt h ee i g h t h d a y , t h ea m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni so 3 6 2m g m 3 , r e d u c e db y8 5 9 t h a nc k l ，r e d u c e db y 9 2 5 t h a n c k 2 i nt w oc o n t r o lg r o u p s ，t h ed e o d o r i z a t i o ne f f e c to fc k lw h i c ha d d e d t h e s o i li sb e t t e rt h a nc k 2 t h r o u g ht h ed i s c u s s i o no fl i t t e r st h i c k n e s sa n dm o i s t u r ec o n t e n t ， w ef o u n dt h a tw h e nt h et h i c k n e s si s3 0 c m ，t h em o i s t u r ec o n t e n ti s6 0 ，t h ed e o d o r i z a t i o n e f f e c ti st h eb e s t t h e ns t u d yt h ec o m p o s i t em i c r o b e sa n dt h e i rr a t i o ，t h er e s u l ts h o w st h a t t h ee f f e c to fe a c hc o m p o s i t em i c r o b e si sb e t t e rt h a ne a c hs i n g l es t r a i n s ，t h ed e o d o r i z a t i o n e f f e c to ft h ec o m b i n a t i o no ff o u rs t r a i n si st h eb e s t ，t h es t i n kl e v e ld o w nt o0l e v e li nt h e s i x t hd a y , t h ed e g r a d a t i o nr a t eo fa m m o n i ai s9 7 2 ，t h eb e s tr a t i oo ft h ec o m p o s i t e m i c r o b e si sy e a s t1 4 ：a c t i n o m y c e s l “：a s p e r g i l l u sn i g e r1 4 ：p h o t o s y n t h e s i sb a c t e r i a24 i s 1 ：1 ：1 ：1 a f t e rt h ef i e l dt e s t ，w ef o u n dt h a tu s i n gm i c r o o r g a n i s mf e r m e n t a t i o nb e dt h a tc a n d e g r a d et h es m e l li nt h ec h i c k e nh o u s e ，i nt h ew h o l ep r o c e s so fb r e e d i n g ，t h e r ei s n o m a n u r e ，n om o s q u i t o ，n om a g g o t sa n df l i e s ，f e r m e n t a t i o nt e m p e r a t u r ek e e p i n2 5t o30 。c ， m a tm o i s t l l r ec o n t e n tm a i n t a i ni n5 0t o6 0 ，w h e nt h eb r e e d i n gd e n s i t yi s3 m 2 ，t h e 重庆工商大学硕士学位论文 a v e r a g ea m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni s0 2 6 3m g m 3 ；w h e nt h eb r e e d i n gd e n s i t ya d d t o6 m 2 ， t h ea v e r a g ea m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni so 3 8 4m g m 3 ，t h a ti sm u c hl o w e rt h a nt h e a l l o w a b l ea m m o n i ac o n c e n t r a t i o n15m g m 3i nt h ec h i c k e nh o u s e k e y w o r d s ：b i o l o g i c a lf e r m e n t a t i o nb e d ；f o w lm a n u r e ；s t i n k ；d e o d o r i z i n g m i c r o b i a l 重庆工商大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 畜禽粪便的污染现状 1 1 。1 我国畜禽粪便的污染现状 随着经济的持续发展与人口的不断增加，畜禽养殖业也得到了快速的发展， 为改善人民生活水平及增加农民收入做出了贡献，但与此同时，产生了大量的畜 禽粪便，这些粪便的随意排放给环境造成了巨大的威胁。由国家环保总局组织的 “全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策”显示，1 9 9 9 年工业固体废弃物 排放量为7 8 亿吨，而当年畜禽粪便的产生总量为1 9 亿吨，是工业固体废弃物产 生总量的2 4 倍n3 。2 0 0 3 年，我国畜禽粪便产生总量约3 3 亿吨，是工业固体废弃 物产生量的4 2 倍，预计2 0 1 5 年将达到6 0 亿吨幢。 专家指出旧3 ，我国畜禽养殖业在未来2 0 年将会得到进一步发展，到2 0 2 0 年， 我国的畜禽养殖规模将是2 0 0 1 年的1 6 7 倍，如果畜禽粪便得不到妥善处理，将会 带来更大的环境压力。表1 1 给出了各类畜禽污染物的年排泄系数，从图中不难看 出，每年每头畜禽产生的粪便量之大，如果不能找到合适的处理方法，生态环境 将会进一步恶化。 表1 1 畜禽污染物年排泄系数( k g 头) t a b l e1 1y e a r sd i s c h a r g ec o e f f i c i e n to fl i v e s t o c kp o l l u t a n t s ( k g h e a d ) 注：生猪装i 8 0 d 计，因玛授5 5 d 计，冥它授年计。 造成污染的主要原因是在畜禽饲养过程中，大量畜禽粪便处置不及时或处理 不当进入环境造成的；其次，畜禽粪便成分复杂、污染负荷高、治理难度大。从 技术上考虑，由于畜禽粪便含水率高，直接将粪便用于农田施肥时的运输、储放、 旌用都十分不便，又由于c o d 、b o d 、s s 含量高，采用接触氧化法、生化曝气法 等处理城市生活污水的方法也十分困难；再次，畜禽粪便在堆放和处置过程中会 挥发不稳定的物质，如氨、硫化氢和甲烷等，还含有大量未被消化吸收的有机物以 及病原菌和细菌的过度繁殖，能对大气、水体、土壤和生物造成多方面的污染和 危害。 1 重庆工商大学硕士学位论文 1 1 1 1 畜禽粪便对水体的危害 畜禽粪便中含有大量的有害物质，如氮、磷和药物添加剂的残留物等畸1 ，这些 有害物质进入水体后，不仅会降低水质的感官性状，还会使水产生异味而难以利 用。当土壤中的磷积累过多时，受到雨水冲刷而溢出，随地表径流排入江河湖泊， 一方面导致水中的藻类和浮游生物过量生长，另一方面使水体富营养化，降低水 中的溶液氧和透明度，导致水生动物缺氧死亡，使水体发黑变臭，严重影响水质哺1 ； 而粪尿中有毒、有害成分一旦进入地下水后，可使地下水溶解氧量减少，还可造 成持久性的有机污染，使原有水源丧失使用功用，极难治理、恢复，人和禽畜长 期饮用，还可诱发癌症或其他疾病。另外，粪便中的激素对水体也存在着潜在的 威胁，畜禽粪便中含有1 5 0 多种潜在的发病源，这些病源进入水循环后，通过食 物链会对人类造成极大的危害n 3 。 1 1 1 2 畜禽粪便对空气的危害 畜禽粪便产生的臭气会对大气产生严重的影响。刚排泄出的畜禽粪便含有氨、 硫化氢等有害气体暗1 ，在未能及时清除或处理时其臭味将成倍增加，产生甲基硫醇、 二甲二硫醚、甲硫醚及多种低级脂肪酸等恶臭气体，这些气体进入大气后，会增大 空气的污浊度阳1 ，对周围居民的身体健康产生威胁，而且也会影响养殖场内畜禽 的生长。 1 1 1 3 畜禽粪便对土壤的危害 近年来，由于饲料中添加过量微量元素如铜、锌、砷、铁、锰、硒等n0 。，这些 微量元素部分被畜禽吸收，部分随粪便排出体外，在农田中长期施用这些粪便， 使得土壤中重金属大量积累，导致土壤重金属污染；同时粪便中盐分所占比例较 大( 2 5 左右) ，长期施用，会造成土壤盐渍化3 。长期堆放的畜禽粪便不仅占据 土地，而且粪便中含氮化合物在微生物的作用下，通过氨化、硝化、反硝化等生 化反应，导致土壤硝酸盐含量增高。另外，过量的畜禽粪便施入农田后，使得土 壤中有机质累积，阳离子交换量( c e c ) 增加，使无机盐积聚，不易移动的磷酸 在土壤下层富集，引起土壤板结n2 l 。畜禽粪便中含有大量的氮和磷，它们进入土 壤后，会转化为硝酸盐和磷酸盐，从某种程度上使土地失去利用价值n3 | ，同时还 可造成植物一时疯长，或使植物根系受损伤，乃至引起植物倒伏甚至死亡。 1 1 1 4 畜禽粪便对生物的危害 畜禽体内的微生物主要是通过消化道排出体外，粪便是微生物的主要载体。 这些粪便中含有大量的病原微生物、病原菌和寄生虫卵，如口蹄疫、沙门氏菌病n 引、 大肠杆菌、禽流感病毒和马立克氏病病毒、蛔虫卵等。有的病原微生物能够长时 间维持其感染性，如马立克氏病病毒具有很强的传染性，在室温条件下，其传染 性可维持1 6 周；禽流感病毒是存在于粪便和鼻腔分泌物中的病毒，其感染性在4 。c 2 重庆工商大学硕士学位论文 可维持3 0 3 5 d 。如果这些病毒微生物得不到妥善处理，会成为危险的传染源，造 成疫病传播，不仅对畜禽的生长及发展产生影响，也会危害人体健康n2 1 5 3 。据测 定，禽畜污水中含3 3 万个m l 大肠杆菌和6 9 万个m l 大肠球菌；沉淀池污水中，每 升有高达1 9 0 多个的蛔虫卵和1 0 0 多个毛首线虫卵“引。此外，如果粪便未能得到 及时处理，将会造成大量蚊蝇孳生，病原体和寄生虫大量繁殖，导致人、畜传染 病蔓延。 1 1 2 禽畜粪便中恶臭的产生、主要成分及危害 1 1 2 1 禽畜粪便中恶臭的产生 恶臭是指凡是能刺激人的嗅觉器官，引起不愉快、厌恶或损害人体健康的气味 7 。畜禽粪便中的恶臭来源于很多方面，比如饲料中蛋白质的代谢终产物，粪便 代谢产物或者粪便残留物经细菌分解产生的恶臭物质阻8 ”1 ，畜禽养殖场的臭气也有 很多来源，如粪便厌氧分解、动物体液分泌物、饲料、舍内的通风情况、动物粪 尿和污水等，但主要原因还是由于排泄物的分解所造成的口引。畜禽粪尿中含有大 量未被消化吸收的有机物，在有氧条件下被分解成二氧化碳、水、尿素等并释放 热能；而在无氧条件下，可分解成甲烷、低级脂肪酸、各种醇类、胺类、硫醇类 和二甲基硫醚等恶臭气体，这类物质略带臭味和酸味眩卜23 。，使人产生不愉快的感觉。 1 1 2 2 畜禽粪便的主要成分 研究表明，畜禽粪便中的恶臭物质主要有挥发性脂肪酸、醇类、酸类、胺类、 硫醇类及含氮杂环化合物等组成，如氨、硫化氢、有机酸、各种醇类、三甲胺、 乙烯醇、吲哚和粪臭素等n 8 24 | 。例如猪粪中含有超过2 3 0 种的挥发性组分，主要成 分是氨气、硫化氢、甲烷等跎引；鸡粪的恶臭成分有1 5 0 多种，其中n h 3 和c h 3 s s c h 3 的含量特别高陋6 。29 i ；牛粪的恶臭成分尽管多为低级脂肪酸，但与猪粪、鸡粪相比， 只有9 4 种而且含量小0 | 。 1 1 2 3 畜禽粪便恶臭的主要危害 恶臭对人和动物的危害取决于恶臭的浓度和作用时间。低浓度、短时间的作 用通常不会产生显著的危害；高浓度的恶臭往往会导致损害身体健康的急性症状， 但这种情况通常较少。值得注意的是，低浓度、长时间的作用，有产生慢性中毒 的危险，对人畜的健康和家畜的生产性能产生渐进性的影响“。鸡粪中对人畜健 康危害最大的恶臭气体主要是n h 3 。 氨气( n h 3 ) 是无色带有强烈刺激性气味的气体，极易溶于水，o 时，1 l 水 可以溶解9 0 7 9 n h 3 ，其溶解度随温度升高而降低，其水溶液呈碱性。相对分子质 量1 7 0 3 ，密度0 5 9 3 9 c m 3 ，在标准状态下，质量为0 7 7 9 l ，容积为1 3 1 6 m l m g ， 沸点一3 3 4 。0 ，溶点7 7 7 。0 。畜舍内的氨气主要有两种来源：一种是胃肠道内的氨， 3 重庆工商大学硕士学位论文 来源于粪尿、肠胃消化物等，尿氮主要是以尿素形式存在，很容易被脲酶水解， 催化生成氨气和二氧化碳；另种是舍内的氨气，是通过堆积的粪尿、饲料残渣 和垫草等有机物腐败分解而产生的。研究表明，n h 3 的危害主要有以下几个方面 陋3 7 | ： n h 3 可以吸收组织中的水分，腐蚀和刺激组织，使组织蛋白变性和脂肪皂化， 破坏细胞膜的溶解度，主要对人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，减弱人体的抵 抗力。 n h 3 进入呼吸道后轻者可引起声音嘶哑、咳嗽，重者可引起气管炎和支气管炎、 肺水肿、肺炎、出血、呼吸困难、昏迷和休克等症状，造成呼吸机能紊乱； 高浓度的n h 3 会刺激眼结膜，产生灼伤和流泪，严重者可导致结膜炎，引起视 觉障碍； 氨是氮氢化合物，在大气中与酸性物质反应形成硫酸铵、硝酸铵、氯化铵等， 这些盐类沉积物会导致土壤酸化，过量流失的氮会迸一步造成表面水和土壤的超 营养化等环境问题。 我国劳动卫生方面要求，畜舍中氨的最高容许浓度为2 0m g m 3 ，由于鸡对氨 特别敏感，所以鸡舍中氨最高容许浓度为1 5m g m 3 。 1 2 国内外常用的粪便除臭方法 国内外研究者在畜禽粪便的处理方法上做了大量的研究，包括物理法、化学法 以及生物除臭法等。下面分别来介绍一下这些除臭方法。 1 2 1 物理除臭法 ( 1 ) 干燥法 干燥法是畜禽粪便处理中常的方法，它是利用太阳能、热能、风能或者机械能 对粪便进行脱水，脱水后的粪便不仅容易保存、运输而且起到了除臭杀菌的效果。 干燥法又分为以下几种方法： 自然干燥法：它是利用太阳能将收集的新鲜粪便晒干，或掺入一定量的麦 糠、米糠，拌匀摊晒在干燥处晒干。晒干后，除去杂质，再粉碎过筛，放置在干燥处 供作饲料。 高温干燥法：它是利用煤、油、电产生的热量进行人工干燥。干燥机多为 滚筒式，鸡粪经过滚筒干燥，在短时间内受到高温作用，鸡粪中的水分可由最初的 7 5 - - - - 8 0 降至8 左右口 3 8 | 。 烘干膨化干燥法：它主要是利用热效应和机械效应的作用，使畜禽粪便不仅 能除臭杀菌，而且还能达到卫生防疫和商品饲料的要求。 4 重庆工商大学硕士学位论文 机械干燥：它是采用压榨机械或离心机对畜禽粪便进行脱水的方法。 ( 2 ) 掩蔽剂 它是在排出的粪便或气流中加入有芳香气味的化合物，通过香味来遮蔽原有 的臭味，达到去除臭味的目的。 ( 3 ) 高空扩散 将排出的气体通过载体送入高空，利用大气自然稀释臭味，适用于人烟稀少 的地区阳9 1 。 1 2 2 化学除臭法 ( 1 ) 吸收法 吸收法是使混合气体中的一种或多种可溶成分溶解于液体之中，依据不同对 象而采用不同的方法。液体洗涤。常用的除臭方法是用水结合化学氧化剂，如高 锰酸钾、次氯酸钠、氢氧化钙等，通过水气吸收h 2 s 、n h 3 等恶臭气体及其它有机 物等。凝结。这是堆肥常用的处理方法，即当饱和水蒸汽与较冷的表面接触时， 会因温度的下降而产生凝结现象，可溶的臭气成分正好可利用这种凝结现象凝结 于水中，并从气体中除去h 引。 ( 2 ) 吸附法 吸附是将气体或液体与粒子状物质接触，这类粒子状物质可从流动状物质中 分离或贮存一种或多种不溶物质。活性炭、泥炭和沸石是常用的除臭剂，土壤也有 较强的吸附力3 。 ( 3 ) 化学氧化法 有机物在有氧的条件下被氧化成c 0 2 和h 2 0 ；无机物的氧化则不太稳定。例如 h 2 s 可以氧化成s 或者s 0 4 2 。 加热氧化 在有足够的时间、温度、氧气和紊流时，很容易氧化有机或无机的臭气成分， 但要彻底地破坏臭气，操作温度需达6 5 0 8 5 0 。c ，气体滞留时间为0 3 o 5s n l | 。 化学氧化 比如向臭气中加入0 3 等氧化气体。 1 2 3 生物除臭法 生物除臭法是近年来研究较多、应用较广泛，且最具发展前景的一种畜禽粪便 处理方法。它是利用微生物来分解、转化畜禽粪便中的有机物，从而实现畜禽养 殖的无害化和资源化，也称为微生物除臭法。2 0 世纪7 0 年代后，各国开始广泛研 究生物除臭技术，其中以日本和德国取得的成就最为显著，主要研究的内容包括 5 重庆工商大学硕士学位论文 生物除臭的基本原理和方法、所需要的设备、工艺和操作条件、能降解有机物的 微生物种群、填料以及在填料表面形成生物膜所需的条件等h2 4 3 1 。2 0 世纪8 0 年代 以来，已有各类微生物除臭的装置和设备开始运用于冶金、石油、化工、屠宰和 污水处理中，并取得了明显的效果川。我国这方面的研究工作起步较晚，到2 0 世 纪8 0 年代末9 0 年代初才开始这方面的实验室研究。 1 2 3 1 生物除臭的原理 生物除臭的基本原理就是利用微生物把能生物降解的有机和无机的臭气吸入 到体内，通过微生物的代谢作用把恶臭气体转化为维持其生命活动所需的能源和 养分，同时把代谢产物排出体外的一种过程h4 。由于微生物很难在气相环境下发 生降解行为，因此降解行为发生的前提必须是恶臭气体成分已经转移到有微生物 存在的气相或固相液膜中，恶臭气体的迁移转化过程可以用气体吸收双膜理论来 解释，即可以把微生物处理恶臭气体的过程划分为以下三个阶段心引。 第一个阶段：将部分臭气由气相转变为液相的传质过程； 第二个阶段：转为液相的臭气通过微生物的细胞壁和细胞膜被吸收，不溶于水 的臭气先附着在微生物体外，由微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入 细胞内； 第三个阶段：臭气进入细胞后，在体内作为微生物所需的营养物质被分解、利 用，使臭气得以去除。 这三个阶段完成后产生的代谢物可作为其它微生物的养料，继续消化吸收， 如此循环减弱恶臭气味。 1 2 3 2 生物除臭法的种类 生物除臭法有发酵法h6 | 、土壤除臭法、珍珠岩棉除臭法、活性污泥除臭法、 泥炭土除臭法h 7 。50 1 ，生物发酵床除臭法等。 ( 1 ) 发酵法 发酵法主要是利用生物技术与先进的工艺处理技术结合，对畜禽粪便进行有 效处理，其目标是要尽可能地利用物料中的养分和能源，减少或消除对环境的污 染，并能生产高效有机肥，实现粪便的资源化和无害化。发酵法可分为沼气池、 好氧池与堆肥等三种方法。 沼气池，是在缺氧条件下，利用自然微生物或接种微生物，将有机物转化为 二氧化碳和甲烷。其优点是能够减少臭味，产生的甲烷气体可用作能源，但是在 这个过程中n h 3 挥发损失较多，处理池体积大，而且只能就地处理和利用。 好氧池，是在有氧条件下，利用自然微生物或接种微生物将有机物转化为c 0 2 和h 2 0 。其优点在于所需处理池体积较小，可以减少最终产物的恶臭味，其缺点 是需要通气与增氧设备，在处理过程中，仍有大量的n h 3 挥发。 6 重庆工商大学硕士学位论文 堆肥处理畜禽粪便的好处在于，最终产物的臭气较少，且较干燥，容易包装、撒 施。局限性就是所需场地较大，处理过程中有n h 3 的损失，不能完全控制臭气，处 理时间长。 ( 2 ) 土壤除臭法 将恶臭气体直接通入土壤中，利用土壤中生存的微生物在臭气通过土壤时将 其成分氧化分解。当臭气接触含有大量微生物的透气土壤介质时，将被完全氧化 并转化为c 0 2 和水以及微生物细胞生物质，从而达到除臭目的。这是应用最早的 生物除臭法。 ( 3 ) 珍珠岩棉除臭法 该法主要是利用珍珠岩棉膨松性好、通气阻抗力小、相对密度小等特点达到 除臭目的。除臭原理与土壤除臭法相似，但比土壤除臭法的占地面积小。 ( 4 ) 活性污泥除臭法 此法是将臭气通入活性污泥中，利用污泥中的微生物将臭气分解转化，从而 起到除臭的作用。活性污泥除臭法的除臭效果由臭气成分和污泥的接触状况而定， 臭气成分在污泥中越分散，接触时间就越长，除臭效果就越好。虽然这种方法不 需要专门的除臭设备，但由于受曝气池的限制，所以只适合于那些具有污水处理 设备的场所。 ( 5 ) 泥炭土除臭法 泥炭土是指在某些河湖沉积低平原及山间谷地中，由于长期积水，水生植被 茂密，在缺氧情况下，大量分解不充分的植物残体积累并形成泥炭层的土壤。它 具有通气性好，质地疏松，富含纤维素物质等特性，非常适合微生物生长和繁殖。 泥炭土除臭法的应用也很广泛，主要是在欧洲一些养殖业较发达的国家。但是， 由于泥炭土本身属有机性易分解材料，在使用时间较长后会变得通气不良，所以 要注意材料的透气性及时更换。 ( 6 ) 生物发酵床除臭法 生物发酵床技术是近年来才开发出的一种新的生物除臭法。它是采用锯末、 稻壳、糠壳等惰性材料作除臭装置的填充材料。由于锯末具有惰性高，通气性好、 吸附性强、保水性适中、适合微生物生长和繁殖等特点，因此通常将锯末作为首 选填充材料。在实际应用中，通常要往锯末中添加一些富含微生物的有机材料和 提供微生物活动所需的营养物质，或者添加一些其它富含有机物的惰性材料，如 秸秆、花生壳等，和锯末混合以增加垫料中微生物的活性，提高除臭效果；或者 在将垫料填充到除臭装置前，先将锯末堆腐一段时间，使锯末中的微生物大量繁 殖。另外，由于锯末本身也具有一定的分解性，所以使用一定时间后会因通气不 良而降低除臭效果，因此使用时应注意观察锯末的松散情况，及时更换锯末。 7 重庆工商大学硕士学位论文 1 2 4 除臭微生物的应用 目前关于利用微生物进行除臭的研究很多，包括畜禽粪便，污废水，垃圾处 理等方面，研究较多的微生物是细菌、真菌、酵母菌、放线菌、光合细菌、霉菌 以及e m 菌等。 1 2 4 1 畜禽粪便的处理 吴小平等瞄妇通过研究光合细菌、细黄链霉菌、乳酸杆菌、酵母菌对牛粪的除臭 效果发现，乳酸杆菌、酵母菌的除氨率达8 2 3 5 ，除硫率达7 4 6 4 ；光合细菌的 除氨率达8 1 1 ，除硫率达7 3 2 。 吕艳萍等畸2 3 研究了放线菌对鸡粪中n h 3 和h 2 s 的去除效果，结果发现放线菌对 鸡粪中n h 3 和h 2 s 有明显的去除效果。 胡佩3 3 用细黄链霉菌培养物按1 ：2 0 的比例加入新鲜鸡粪中，发酵1 周后，发现 该菌对鸡粪的除臭效果较好，而且鸡粪中的全氮含量比对照组的高。 胡尚勤等瞄们研究指出，牛粪经特殊微生物菌剂在通气条件下培养3 d 后，其臭 味比对照降低了8 5 - - 9 9 。 赵晨曦等哺朝研究表明，将分离出的丝状真菌、细菌、放线菌和酵母菌5 株生物 菌株混合应用于鸡粪发酵处理，可降低n h 3 和h 2 s 气体释放量分别为6 6 5 8 和 5 4 4 4 ，减少氮素损失5 1 。 李庆康等瞄刚对e m 菌在鸡粪除臭处理中的研究发现，e m 有效微生物能大幅度 减少鸡粪臭味、氨味，使鸡粪保存较多有效养分和具有较高生物活性，商品性和 肥效均好。 夏先林等瞄7 1 研究了利用复合微生物发酵鸡粪制作饲料喂猪的试验，不仅去除了 鸡粪的臭气，还增加了猪的重量。 y o h t a 等8 1 通过研究放线菌对猪粪的作用，发现通过链霉菌属的作用，在p h 为8 6 1 0 ，温度为3 5 - - 4 0 ，含水率为4 2 - - 6 0 时，能在2 天时间内将1 0 9 新鲜 猪粪的臭气去除。 1 2 4 2 废水处理 崔明超等旧叩采用煤渣为填料的生物接触氧化法，以光合细菌为培养物挂膜处 理猪场试水，结果表明：c o d c ，n i - h n ，n 0 2 n ，s 2 的平均去除率分别达到8 9 3 ， 8 0 1 ，9 0 6 ，8 2 4 。 曾岭岭等哺们研究了利用牙胞杆菌处理深圳市电镀废水，结果表明，牙胞杆菌 所产的微生物絮凝剂有良好的絮凝处理效果，能降低电镀废水中重金属离子的浓 度和水的浊度。 j o h nt o d d 等在1 9 8 9 年设计了一个生物装置来处理新英格兰的工业污水，在 8 重庆3 - 商大学硕士学位论文 不考虑季节和输入量变化的情况下，成功生产出了高质量的水，吸收了污水中的 b o d ；、c o d 、t s s 、n 、p 等物质，减少了污水中大肠杆菌的数量。 1 2 4 3 垃圾处理 方向平等隋2 3 通过分析生物滤池滤料中的微生物，结果表明乳酸菌和酵母菌在 生活垃圾脱臭中起主要作用。 罗永华等哺朝研究了从垃圾填埋场的土壤中分离出的微生物对垃圾处理的作 用，实验结果表明，微生物除臭剂对减轻垃圾转运站的恶臭具有良好的效果，并 且还能有效抑制致臭微生物的生理生化活动，使除臭效果比较持久。 1 2 5 生物发酵床养鸡技术 1 2 5 1 生物发酵床养鸡技术的除臭机理 生物发酵床养鸡技术就是通过采集土壤中的土著微生物，并对这些微生物进 行扩大培养，形成有相当活力的土著微生物原种，再按一定比例将土著微生物原 种、锯末、秸秆、花生壳或者稻壳等农副产品以及一定量的土壤、粗盐等混合在 一起，作为鸡舍的垫料，填入特殊设计的鸡舍中形成发酵床。鸡从小到大生活在 发酵床上面，利用鸡刨地的习性，使鸡粪尿和垫料混合，再借助垫料中微生物的 作用分解粪便中的有机物质，消除粪便中的恶臭气体，从而改善了鸡舍环境阳4 | 。 1 2 。4 2 发酵垫料的选择习 垫料在发酵床中起着至关重要的作用，垫料的性质、湿度、厚度等性质决定 了垫料中微生物的生长及对鸡粪的去除效果，良好的垫料主要具备以下的优点： ( 1 ) 吸收水分 鸡粪含水率为7 5 8 0 ，如果粪便中的水分被全部吸收，则每只鸡每天排出 的“干粪”约为2 0 克，这样，如果饲养5 0 0 0 只鸡，每天排出的鸡粪约为1 0 0 k g ，那 么每年的粪便就会由1 8 3 吨变成3 7 吨，而且干粪的臭味、病原较湿鸡粪有明显下 降，另外也减轻了环境方面的压力。实际上，通过垫料中微生物的稀释、发酵和 分解作用，能将这3 7 吨鸡粪化为乌有，所以垫料的管理是微生物发酵床养鸡技术 的关键，在使用过程中，垫料的体积会有所减少，因此为了保持发酵床应有的厚 度及效果，需要观察垫料的情况，必要时要添加一些新的垫料。 ( 2 ) 稀释粪便 由于鸡只的抓刨或者人为翻动使粪团分裂成小块，混合在垫料中，从而减少 了鸡与粪便直接接触的机会，有利鸡体健康。 ( 3 ) 发酵 垫料内部适宜的温度有利用微生物的生长繁殖，造成缓慢而轻微的发酵，产 生的发酵产物又可杀死另外的微生物和些球虫卵囊，从而减少了垫料中的病原 9 重庆工商大学硕士学位论文 菌。 ( 4 ) 弹性 良好的垫料应当是有弹性的，不易板结，使其经常保持蓬松状态而有利于空气 进入，从而抑制厌氧发酵，产生h 2 s 等恶臭气体。粗锯末、谷壳或刨花等都有这 种特性，也可采用两种或两种以上混合垫料。 1 2 4 3 发酵菌的生长条件 发酵床功能菌的生长条件包括，垫料中充分的氧气、合适的温度、水分含量 适度等哺6 。 ( 1 ) 氧气 微生物发酵本身就是一个耗氧过程，因此就需要垫料保持良好的透气性，以 便更多的氧气进入垫料内部，给菌群提供一个有氧的生存环境，有利于微生物的 生长繁殖，也能使发酵过程中产生的臭气及时排出去。 ( 2 ) 温度 合适的温度是微生物生长繁殖的必要条件，温度是通过发酵床垫料的厚度体 现出来的，这也是发酵最重要的一个条件。只有适宜的垫料厚度才能保证发酵效 率，也只有相当的厚度才能使中间发酵层有足够的热度，正常发酵。若垫料太厚 会导致发酵层温度过高，垫料透气不良，影响发酵效果。 ( 3 ) 水分 水分是制作发酵床的一个关键因素，其主要作用在于：将臭气由气相转变成 液相，有利于微生物的吸收，溶解有机质，参与微生物的新陈代谢；同时通过水 分的蒸发起到调节发酵床温度的作用。水分也是发酵菌群正常生长的基本条件， 水分的多少直接影响菌群生长的好坏。 1 3 恶臭的测定方法 恶臭作为一种感觉公害，已成为世界上七大环境公害( 空气污染、水污染、 土壤污染、噪音、振动、恶臭、地层下陷) 之一阳引。迄今为止，凭人的嗅觉所能 感觉到的恶臭物质就有4 0 0 0 多种，其中对人体健康危害最大的恶臭物质主要是： 氨、甲基硫、硫化氢、三甲胺、甲硫醚及硫醇类阳引。逸散在空气中的恶臭物质对 人体的危害，在七大公害中仅次于噪声而居第二位阳。因此，世界各国都对恶臭 物质引起了高度的重视。1 9 7 1 年6 月，日本制定了世界上第一个“恶臭防止法”， 随后发展了“三点比较式臭袋法”n 0 | 。 恶臭的特点是污染范围广、测定困难、评价困难、治理困难。因此，要治理 恶臭物质，必须要先对污染源和污染物进行定性和定量的研究，这样才具有针对 性，但由于人的嗅阈值浓度较低，所以对恶臭测定的要求很高，而且臭气的成分 i 0 重庆工商大学硕士学位论文 往往很复杂，干扰组分多，化学性质不稳定，收集保存困难等等，因此对恶臭的 测定有一定难度。下面分别介绍一下恶臭气体及养殖场氨气的测定方法。 1 3 1 仪器分析法 仪器分析法是对恶臭气体中的组分做出定性和定量的分析测定及评价方法， 单一恶臭主要是指那些小分子有机酸、胺类、酯类以及硫化氢、甲苯等，或对复 杂的臭气混合物通过测定一种或几种代表性强的物质浓度来评价恶臭强度的分析 方法。它包括实验室仪器分析法、自动监测仪器法、大型仪器法( 如色谱一质谱联 用法) 、检知管法及其他分析方法m 1 。 1 3 2 官能测定法 官能测定法是依据人的嗅觉对恶臭气体的反应来对恶臭进行评价和测定的方 法。该法又包括直接法和空气稀释法。 1 3 2 1 直接法 ( 1 ) 臭气强度分级 根据臭味的强弱，将恶臭气体分为不同的等级，直接法就是将嗅觉能感觉到 的臭气强度与这些等级进行对照而得出的臭气强度等级的方法盯引，以人的嗅觉作 为检测器，对恶臭污染进行初步检测评价，具有广泛的实用性。日本公害审议会 在1 9 7 2 年决定实行恶臭强度6 级分类法，分级情况如表1 2 3 | 。 表1 2e t 本制定的恶臭强度分级法 t a b l e1 2t h es t e n c hs t r e n g t hc l a s s i f i c a t i o nm e t h o do fj a p a n 恶臭强度级别嗅觉对臭气的反应 无臭气 勉强感到有臭气 能确定气味性质的较弱的气味( 识别 阈值) 很容易闻到，有明显气味 较强的气味 极强的气味 ( 2 ) 嗅辨员 条件：4 5 岁以