豬場(chǎng)厭氧發(fā)酵沼液復(fù)合菌群的篩選及靜態(tài)試驗(yàn)效果研究

林標(biāo)聲，何玉琴，黃燕翔，邱豐艷,3

（1.龍巖學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，福建 龍巖 364012；2.龍巖市土壤肥料技術(shù)站，福建 龍巖 364000；3.福建省預(yù)防獸醫(yī)學(xué)與獸醫(yī)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 龍巖 364012）

近年來，我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，并向?qū)I(yè)化、規(guī)?；?、集約化方向發(fā)展，成為農(nóng)村農(nóng)民增加收入的重要途徑。然而，由于畜禽養(yǎng)殖業(yè)沼液排放的隨意性，未能得到及時(shí)有效處理，使其成為城市、農(nóng)村主要污染源[1]。豬場(chǎng)排放的厭氧發(fā)酵后沼液含有豐富營(yíng)養(yǎng)成分，如N、P、K等基本營(yíng)養(yǎng)元素和氨基酸、生長(zhǎng)素等活性物質(zhì)，還存在一些懸浮物（SS）、蛔蟲卵、糞大腸菌群（Fecal coliform）[2]等物質(zhì)。隨著化肥用量增加，有機(jī)肥用量隨機(jī)減少，土壤結(jié)構(gòu)破壞，肥料利用率低，養(yǎng)分供給不平衡，造成農(nóng)作物品質(zhì)下降。沼液水肥一體化灌溉管理技術(shù)，既能為規(guī)?；B(yǎng)殖污水進(jìn)行有效處理，又能為農(nóng)作物生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，為沼液處理利用提供新出路[3]。但目前現(xiàn)有的沼液水肥一體化技術(shù)進(jìn)展緩慢，效果不明顯，原因是沼液水肥含有效養(yǎng)分低、肥效不顯著，沼液中含有大量殘?jiān)⑽⑿凸腆w物質(zhì)，灌溉中造成灌溉管道堵塞等現(xiàn)象，豬場(chǎng)排放的厭氧發(fā)酵后沼液中含有殘留有害氣體、有害微生物、蛔蟲卵等物質(zhì)，對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生毒害[4]，不能直接用于農(nóng)田灌溉。

本文篩選功能多樣、優(yōu)勢(shì)的微生物復(fù)合菌群，通過共生、協(xié)同等作用對(duì)豬場(chǎng)排放厭氧發(fā)酵沼液進(jìn)行處理，分析處理效果。選育微生物菌群產(chǎn)生大量淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶、幾丁質(zhì)酶，有效分解水體中的大量有害物質(zhì)、懸浮物，但不會(huì)過多利用沼液中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)成分，實(shí)現(xiàn)沼液高效、營(yíng)養(yǎng)、無害化的水肥利用，達(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)（GB5084-2005），作為沼液復(fù)合液肥用于農(nóng)田灌溉[5]。

1 材料與方法

1.1 材料

豬場(chǎng)厭氧發(fā)酵沼液：沼液由福建省上杭縣儒溪槐豬有限公司提供。

復(fù)合菌群篩選樣品：從豬場(chǎng)沼液排放的河流及沿岸收集污染水樣，樣品用于篩選放線菌、乳酸菌、酵母菌、醋酸桿菌、綠色木霉、芽孢桿菌等微生物。

培養(yǎng)基配置：各單菌最適培養(yǎng)基及復(fù)合菌群培養(yǎng)基的配置參照文獻(xiàn)[6]等方法配置。

主要儀器及設(shè)備：紫外可見分光光度計(jì)（型號(hào)UV-3200PCS），購(gòu)自上海美譜達(dá)儀器公司；生化培養(yǎng)箱（型號(hào)LRH-150），購(gòu)自上海一恒科技有限公司；pH計(jì)（型號(hào)FE20），購(gòu)自梅特勒-托利多公司；恒溫培養(yǎng)振蕩器（型號(hào)HNY-100B，臺(tái)式），購(gòu)自天津市歐諾儀器儀表有限公司；超凈工作臺(tái)（型號(hào)SW-CJ-ID），購(gòu)自蘇州凈化設(shè)備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 初始沼液的指標(biāo)監(jiān)測(cè)方法

水樣的各種監(jiān)測(cè)指標(biāo)，pH值、CODcr、氨氮、總磷、懸浮物、濁度的測(cè)定參照文獻(xiàn)[7]；總不可濾殘?jiān)臏y(cè)定按照文獻(xiàn)[8]，測(cè)定103～105℃烘干的總不可濾殘?jiān)黐8]；全鹽量的測(cè)定采用重量法[9]；糞大腸菌群的測(cè)定按照濾膜法測(cè)定[10]，蛔蟲卵測(cè)定參照硫酸鋅溶液漂浮法[11]。

1.2.2 復(fù)合菌群的篩選

各菌分離培養(yǎng)：分別配置上述各單菌適合的液體培養(yǎng)基，分別接入10%的水樣，混合均勻，富集培養(yǎng)、篩選，反復(fù)多次后，分離較純菌體進(jìn)行液體擴(kuò)大培養(yǎng)，獲得菌液待用。

復(fù)合菌群培養(yǎng)：所獲放線菌、乳酸菌、酵母菌、醋酸桿菌、綠色木霉、芽孢桿菌的各單菌液按相同比例接入到復(fù)合菌群液體培養(yǎng)基中，充分混合均勻，調(diào)節(jié)pH 6.0，培養(yǎng)溫度28～30℃，進(jìn)行開放式培養(yǎng)，培養(yǎng)3 d后，每天定時(shí)測(cè)定培養(yǎng)基OD600值并鏡檢觀察，取OD600最高峰值培養(yǎng)液作為第一次富集復(fù)合菌，將菌液按10%再次接入富集的復(fù)合培養(yǎng)基中，如此反復(fù)富集2～3次，將最后富集得到的菌液作為試驗(yàn)菌種。

1.2.3 沼液靜態(tài)處理試驗(yàn)

兩組1 000 mL的燒杯中分別加入500 mL的沼液，一組作為試驗(yàn)組，分別添加0.1%、0.5%、1%的復(fù)合菌液；另一組不加菌液但加入與試驗(yàn)組相同配方和用量的培養(yǎng)基作為對(duì)照。試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

試驗(yàn)期間，每2 d測(cè)定1次沼液水質(zhì)指標(biāo)，培養(yǎng)10 d終止試驗(yàn)，分析復(fù)合菌液處理效果，選定最適的處理豬場(chǎng)沼液復(fù)合菌群添加量。

1.2.4 處理后沼液的毒性試驗(yàn)

選定最適添加量的復(fù)合菌群處理沼液，采用測(cè)定蘿卜種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)方法評(píng)價(jià)處理后沼液的毒性，方法如下：在直徑9 cm的培養(yǎng)皿中放入大小合適的濾紙，每個(gè)濾紙各擺放20粒飽滿的蘿卜種子。在培養(yǎng)皿中分別加入5 mL的去離子水（對(duì)照組）、初始沼液、處理后沼液，將各培養(yǎng)皿放置25℃、黑暗的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，當(dāng)對(duì)照組發(fā)芽率達(dá)到65%、種子根長(zhǎng)為20 mm時(shí)試驗(yàn)結(jié)束，分別測(cè)定初始沼液組和處理后沼液組發(fā)芽率、根長(zhǎng)和發(fā)芽指數(shù)，發(fā)芽指數(shù)的測(cè)定公式為：發(fā)芽指數(shù)（%）=（試驗(yàn)組發(fā)芽率×根長(zhǎng)）/（對(duì)照組發(fā)芽率×根長(zhǎng)）×100%[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 豬場(chǎng)厭氧發(fā)酵初始沼液的指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

豬場(chǎng)排放的厭氧發(fā)酵后初始沼液的指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果（見表1）。

表1 初始豬場(chǎng)沼液指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Table 1 Index test results of initial piggery biogas slurry

由表1可知，初始沼液水質(zhì)指標(biāo)均不符合農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)，特別是沼液中含有的蛔蟲卵、糞大腸桿菌、懸浮物過多，渾濁度較高，如果直接灌溉農(nóng)田，易產(chǎn)生農(nóng)作物污染、管道堵塞，可對(duì)其進(jìn)行水質(zhì)處理，提高凈化效果，達(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 復(fù)合菌群對(duì)豬場(chǎng)厭氧發(fā)酵沼液處理效果分析

2.2.1 對(duì)沼液CODcr處理效果

復(fù)合菌群不同添加量對(duì)沼液CODcr處理效果見圖1。結(jié)果表明，對(duì)照組未添加復(fù)合菌液，其CODcr略有下降，可能是沼液自身所含微生物降解作用，但還遠(yuǎn)未達(dá)到灌溉標(biāo)準(zhǔn)，自身降解時(shí)間較長(zhǎng)。

圖1 復(fù)合菌群不同添加量對(duì)沼液CODcr處理效果Fig.1 Treatment effects of CODcr in biogas slurry by different adding amount of compound bacteria

投入不同添加量的復(fù)合菌液后，CODcr均明顯下降，在前2 d內(nèi)降解效果良好，去除率達(dá)到50%，CODcr小于200 mg·mL-1，達(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)。隨時(shí)間的延長(zhǎng)，后期CODcr降解效果趨于穩(wěn)定，降解效果并沒有顯著增加，不同添加量對(duì)沼液CODcr處理效果不明顯，降解沼液CODcr處理效果最好添加量為0.5%。

2.2.2 對(duì)氨氮、磷的處理效果

添加同樣培養(yǎng)基的試驗(yàn)組、對(duì)照組復(fù)合菌群不同添加量對(duì)沼液氨氮、磷處理效果見圖2、3。

由圖2、3可知，開始時(shí)，添加不同濃度的復(fù)合菌群后，由于試驗(yàn)組各組菌體含有一定的氨氮和磷，含量高于對(duì)照組；各試驗(yàn)組的氨氮、磷的含量開始下降，其含量到4 d時(shí)開始低于對(duì)照組，而對(duì)照組的氨氮、磷含量因其自帶菌降解能力的限制，一直維持在初始水平，降解有限。各試驗(yàn)組到第10天其氨氮、磷的降解率在28%～43%和20%～32%，相對(duì)于對(duì)照組，各試驗(yàn)組沼液中的氨氮、磷含量還較高，表明未因投入大量的復(fù)合菌液而降解，保持一定的營(yíng)養(yǎng)成分可作為水肥加以利用。沼液中添加復(fù)合菌群用量越大，所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)越多，氨氮、磷含量越大，但其降解能力也越強(qiáng)，處理10 d后，0.1%、0.5%、1%不同菌群添加量的氨氮降解率分別為：28.47%、35.84%、42.53%、磷的降解率分別為：20.31%、26.28%、31.35%。

圖2 復(fù)合菌群不同添加量對(duì)沼液氨氮處理效果Fig.2 Treatment effect of NH3 -N in biogas slurry by different adding amount of compound bacteria

2.2.3 對(duì)蛔蟲卵、糞大腸菌群和其他指標(biāo)處理效果

添加不同量的復(fù)合菌群，處理豬場(chǎng)厭氧發(fā)酵沼液10 d后測(cè)定其蛔蟲卵、糞大腸菌群、懸浮物、濁度和全鹽量，處理效果見表2。

結(jié)果表明，對(duì)照組未添加復(fù)合菌群，自身的降解能力有限，各指標(biāo)檢測(cè)未達(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)。添加復(fù)合菌群不同菌液量處理沼液，試驗(yàn)組各指標(biāo)降解效果明顯優(yōu)于對(duì)照組。試驗(yàn)組沼液蛔蟲卵數(shù)檢出數(shù)為0～1個(gè)，蛔蟲死亡率達(dá)到95%以上；復(fù)合菌液對(duì)沼液糞大腸桿菌有很好的去除效果，去除率達(dá)到98.2%～98.3%；復(fù)合菌液對(duì)沼液的懸浮物、濁度、總不可濾殘?jiān)灿休^好處理效果，沼液中的懸浮物質(zhì)明顯分解，殘?jiān)鼫p少，有利于農(nóng)田管道灌溉；處理后全鹽量也有所降低，為30%，但也均達(dá)到灌溉標(biāo)準(zhǔn)?？傊?，添加復(fù)合菌劑對(duì)處理豬場(chǎng)厭氧發(fā)酵沼液污染，降低糞大腸桿菌等微生物菌群、蛔蟲的危害，分解沼液懸浮物，使其達(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)均具有良好的作用，其中處理效果最好的添加量為1.0%，微生物菌劑量越大，處理效果越為明顯。

圖3 復(fù)合菌群不同添加量對(duì)沼液磷處理效果Fig.3 Treatment effects of phosphorus in biogas slurry by different adding amount of compound bacteria

綜合分析復(fù)合菌群不同添加量對(duì)沼液CODcr、氨氮、磷、蛔蟲卵、糞大腸菌群和懸浮物等其他指標(biāo)處理效果，選定0.5%為最適添加量，其處理CODcr效果最好，且不會(huì)大量降解沼液中的氨氮和磷，對(duì)蛔蟲卵、糞大腸菌群有較好的去除率，對(duì)懸浮物等其他指標(biāo)處理效果也較好，處理后達(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 處理后沼液的毒性試驗(yàn)結(jié)果

豬場(chǎng)沼液經(jīng)0.5%最適添加量復(fù)合菌群處理后，測(cè)定其蘿卜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)結(jié)果見表3。

表2 復(fù)合菌群不同添加量對(duì)沼液蛔蟲卵、糞大腸菌群和其他指標(biāo)處理效果Table 2 Treatment effects of ascaris egg,fecal coliform bacteria and other indicators in biogas slurry by different adding amount of compound bacteria

表3 沼液毒性試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果Table 3 Determination results of biogas slurry toxicity test

由表3可知，與初始沼液相比，雖經(jīng)復(fù)合菌群處理后沼液蘿卜種子的根長(zhǎng)受到較大抑制，但其發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均有顯著提高，較為明顯地降低初始沼液的毒性，該沼液可作為水肥安全應(yīng)用。

3 討論與結(jié)論

本文通過從豬場(chǎng)沼液排放的河流及沿岸收集污染的水樣中篩選、富集得到含放線菌、乳酸菌、酵母菌、醋酸桿菌、光和細(xì)菌、綠色木霉、芽孢桿菌等微生物復(fù)合菌群，處理豬場(chǎng)厭氧發(fā)酵沼液的試驗(yàn)結(jié)果表明，選定添加0.5%復(fù)合菌群處理沼液，降解CODcr效果最好，利用沼液中的氨氮和磷，能有效去除沼液中的蛔蟲卵、糞大腸桿菌等有害物質(zhì)，還能去除沼液中的懸浮物，降低沼液的濁度，達(dá)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。毒性試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)復(fù)合菌群處理后的沼液，蘿卜種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均顯著提高，解除初始沼液的毒性。表明，豬場(chǎng)沼液經(jīng)復(fù)合菌群處理后，其營(yíng)養(yǎng)、無害、懸浮物少，能作為水肥加以綜合利用。

傳統(tǒng)處理污水的活性污泥[13]微生物復(fù)合菌群含有硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、產(chǎn)氨菌、解磷菌和巨大芽胞桿菌等，這類微生物對(duì)污染水樣中BOD5、CODcr降解效果良好，降解率可能達(dá)到75%以上，這些菌對(duì)水樣中氨氮和磷具有強(qiáng)降解作用，經(jīng)處理后水樣能達(dá)到排放水（BG18596-2001）標(biāo)準(zhǔn)[14]。為使處理后的沼液達(dá)到農(nóng)林灌溉標(biāo)準(zhǔn)（GB5084-2005），所篩選的復(fù)合菌群應(yīng)能較好保持水樣中氨氮、磷等營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)能較好解除沼液的毒性、降低沼液懸浮物和微型固體物質(zhì)，因此選定上述復(fù)合菌群。

毒性試驗(yàn)結(jié)果表明，種子根長(zhǎng)對(duì)污水毒性相對(duì)敏感，雖經(jīng)復(fù)合菌群處理，但處理后沼液殘留毒性顯著抑制種子根的生長(zhǎng)，表明種子根生長(zhǎng)直接與生長(zhǎng)基質(zhì)有關(guān)。處理后沼液發(fā)芽率顯著提高，原因是復(fù)合菌群降解初始沼液中毒性及種子發(fā)芽除可從生長(zhǎng)基質(zhì)沼液中獲取營(yíng)養(yǎng)，還從胚內(nèi)獲取養(yǎng)分幫助種子發(fā)芽[15]。

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