猪粪、牛粪发酵过程中微生物群落数量分析及光照时间对其影响研究

发布时间：2020-04-01 08:08

【摘要】：中国农村人口众多,生物质能源种类丰富,但是农民对于禽畜粪便等生物质能源的利用并不充分,很多农户将大量未处理的禽畜粪便随意排放,即使作为农作物肥料的禽畜粪便通常也不做任何处理,然而生产实践过程中发现这样做不但浪费资源而且极易引发传染病或者寄生虫病,此外,禽畜粪便中因含有丰富的氮、磷、钾以及一些重金属元素,如果不对其进行处理则容易引起空气、土壤、水源的污染,从而危害人类健康,因此针对目前农村发展的实际情况,改善农村畜禽粪便的污染问题,开发利用以畜禽粪便为原料的沼气发酵技术,综合生产优质、清洁的能源是我国农村目前发展过程中迫切需要解决的问题之一本试验通过监测发酵过程中猪粪、牛粪发酵料液理化性质的变化,初步掌握猪粪、牛粪发酵过程中各个阶段的优势菌群的演替及其数量变化,分析发酵料液理化性质的变化及其优势菌群数量的变化与沼气发酵的关系,以便根据各阶段沼气发酵的特点建立微生物的调控方法,为提高沼气产量,维持沼气池稳定运行提供了微生物调控的理论依据。与此同时,试验中发现黑暗条件下可以进行厌氧沼气发酵,但厌氧沼气发酵是否受到光照的影响、光照又对厌氧沼气发酵产生了怎样的影响还需要进一步研究。因此,本试验研究了不同光照时间对猪粪、牛粪的厌氧沼气发酵的影响,并同步监测了猪粪、牛粪发酵过程中不同光照条件对料液pH值、氨态氮、碱度、VFA的变化,以期为促进沼气产量、改进沼气池现有结构提供参考。本试验在35℃条件下,以猪粪、牛粪为发酵原料进行厌氧沼气发酵,研究猪粪、牛粪发酵过程中六大类微生物类群的数量变化特征以及光照对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响。结果显示： (1)猪粪、牛粪发酵过程中不同阶段优势菌群发生不断的演替且演替规律相似,这种演替与发酵料液中营养物质的分解、利用、转化存在明显的相关性。发酵启动初期,好养性细菌的代谢活动活跃,是发酵体系中引起有机物质转化的主要微生物类群。在好氧性细菌中,产酸细菌是优势菌群。猪粪、牛粪好氧产酸菌数量分别达到了1.5×107个/mL、1.1×107个/mL。随着好氧性细菌不断地消耗发酵罐内的氧气使发酵环境不再有利于好氧性细菌的生长,加之发酵体系内还原性物质的增多以及氧化还原电位的下降,因此好养性细菌的数量急剧降低,此时厌氧细菌的数量开始逐渐明显增多。发酵盛产期,猪粪、牛粪的甲烷菌含量分别达到了9.5×106个/mL、1.1×107个/mL。在厌氧菌群中同样是产酸菌的增值速度大于氨化菌的增值速度。由此可知,发酵启动期前期的优势菌为好氧微生物,随后厌氧菌迅速增值,但无论是好氧微生物还是厌氧微生物,产酸菌的增值速度都较氨化菌快。因此试验启示人们应根据各阶段沼气发酵的特点建立微生物的调控方法,为提高沼气产量,维持沼气发酵体系稳定运行提供微生物的参考依据。 (2)猪粪在0小时(P1)、6小时(P2)、12小时(P3)、24小时(P4)不同光照条件下的累积产气量分别为8136mL、857mL、15618.5mL、0mL,P3P1P2P4；牛粪在0小时(C1)、6小时(C2)、12小时(C3)、24小时(C4)不同光照条件下的累积产气量分别为3182.5mL、1244.5mL、7680mL、5671.5mL,C3C4C1C2。猪粪、牛粪在相同光照时间下累积产气量分别为：(P1)(C1)、(P2)(C2)、(P3)(C3)、(P4)(C4),说明在不同的光照时间下,同种发酵原料的累积产气量差异较大；相同光照时间下,不同发酵原料的累积产气量存在差异。因此试验启示人们,根据光照条件选择产气效果较好的发酵原料可能促进沼气的厌氧发酵,因此本试验为沼气池的改进、促进沼气产量提供了参考。 (3)利用SPSS17.0回归分析得出,不同光照时间下,猪粪、牛粪的产气量与碱度、VFA、pH值、氨态氮的相关性呈动态变化(由于P4不产气,不对其做相关性分析)。比较日产气量及累积产气量相对较高的发酵料液发现,这些制约因素的影响系数随光照条件的改变而改变,猪粪、牛粪的产气量与VFA呈负相关,与pH值呈正相关,碱度与P2组呈负相关,与P3呈正相关,氨态氮与C3呈正相关,与C4呈负相关。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.4

【引证文献】