【正文】 in solid state fermentation of straw and the selfmade posting device, detecting the efficiency of microbial agents by determining the indicators of raw materials in the process of posting. The main conclusions are as follows： (1) The microbes are grouped according to the properties, and mixed by 1： 1. Then them were applied in the solidstate fermentation, measured the index and pared the effect. The result shows that the Group Fourth with the largest group of microbial species had the best effect。結(jié)果表明，微生物種類(lèi)最多的一組（第 4 組）作用效果最好，含水率降低了 35%，總有機(jī)碳含量降低了 130g?kg1，總氮含量提高了 g?kg1，總磷含量提高了 g?kg1等，效果最好。本課題通過(guò)自制的微生物菌劑，應(yīng)用于秸稈與糞便的混合堆肥，可促進(jìn)其堆肥化進(jìn)程，有利于有機(jī)肥的制備，從而有效地解決農(nóng)業(yè)固體廢棄物的污染。南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 1 提供全套畢業(yè)論文圖紙，歡迎咨詢(xún) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 題 目： 微生物菌劑在糞便與秸稈混合堆肥中 的應(yīng)用研究 學(xué) 院： 化學(xué)工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 環(huán)境工程 班 級(jí)： 1002051 學(xué) 號(hào)： 100205111 學(xué)生姓名： 指 導(dǎo)教師： 職稱(chēng)： 副教授 二○一四年六月 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 2 微生物菌劑在糞便與秸稈混合堆肥中的應(yīng)用研究 摘 要 目前我國(guó)農(nóng)業(yè)固體廢棄物的污染已成為我國(guó)農(nóng)村環(huán)境保護(hù)的主要問(wèn)題，尤其是秸稈的焚燒造成了嚴(yán)重的大氣污染。 本實(shí)驗(yàn)通過(guò)模擬堆肥環(huán)境，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室固態(tài)發(fā)酵模擬實(shí)驗(yàn)并自制小型堆肥裝置。 （ 2）將微生物菌劑應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室堆肥裝置中，設(shè)置空白對(duì)照組、市場(chǎng)菌劑對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，通過(guò)測(cè)定堆肥過(guò)程中各指標(biāo)，得出添加自制微生物菌劑的實(shí)驗(yàn)組效果最好，溫度最高升至 49℃，含水率降低了 30%，總有機(jī)碳降低了 55g?kg1，總氮提高了 g?kg1，總磷含量提高了 g?kg1等。 the moisture content decreased by 35%, the total anic carbon content declined by 130 g/kg, total nitrogen content increased by g/ kg, total phosphorus content rose by g / kg. (2) The microbial agents were applied to the laboratory posting device, and three groups were set up。 post。 [1]據(jù)預(yù)測(cè)， 2020 年中國(guó)禽畜糞便排放總量將達(dá)到 1010 t/a。禽畜糞便堆放不當(dāng)或未經(jīng)處理施入農(nóng)田，其中的有機(jī)質(zhì)及礦物質(zhì)就會(huì)隨糞水及雨水通過(guò)地表徑流污染湖泊、河流、水庫(kù)等地表水或滲入土壤并進(jìn)入地下水。禽畜糞便中富含蛋白質(zhì)和碳水化合物等大量有機(jī)物質(zhì)。空氣中的氨濃度過(guò)高形成酸沉降，對(duì)水體和土壤造成污染。含過(guò)量重金屬元素的禽畜糞便長(zhǎng)期在農(nóng)田中大量施用會(huì)造成土壤的嚴(yán)重污染。 禽畜糞便的利用現(xiàn)狀 如果對(duì)禽畜糞便進(jìn)行無(wú)害化處理并加以合理利用，不但能解決它所造成的污染問(wèn)題，而且能將其轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的社會(huì)資源，禽畜糞便的資源化利用可以分為以下幾種類(lèi)型。所以，畜 禽養(yǎng)殖業(yè)的糞便是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的寶貴資源。禽畜糞便進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生以甲烷為主的沼氣，是可再生的清潔能源。由于農(nóng)作物秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大部分組成，還有少量的粗蛋白，自然狀態(tài)下難以被微生物分解，所以秸稈直接還田后在土壤中被微生物分解轉(zhuǎn)化的周期長(zhǎng)，難以作為當(dāng)季作物的肥源。廢棄及焚燒秸稈給社會(huì)和環(huán)境造成了諸多負(fù)面影響，如：污染空氣，危害人體健康；產(chǎn)生霧霾天氣，影響交通運(yùn)輸；引發(fā)火災(zāi)，存在安全隱患；破壞土壤結(jié)構(gòu)，損 害土地質(zhì)量；有礙環(huán)境衛(wèi)生，影響環(huán)境質(zhì)量；堆棄液滲透，污染地下水等。 （ 2）能源化利用。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 （ 3）秸稈還田。 [6] （ 4）工業(yè)加工。 堆肥原理 堆 肥的原理主要是利用微生物對(duì)有機(jī)物的降解，以使有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物，此過(guò)程中微生物自身也得到增殖。 圖 1 堆肥化過(guò)程 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 堆肥過(guò)程 堆肥 過(guò)程按照堆肥溫度的變化可分為升溫、高溫、降溫和腐熟四個(gè)階段。升溫階段溫度一般為 4045℃。高溫階段過(guò)后，微生物的生命活動(dòng)減弱，產(chǎn)生熱量不斷減少，溫度也逐漸下降。 表 3 堆肥成熟特性 堆肥發(fā)酵的影響因素 堆肥中微生物生長(zhǎng)的活動(dòng)會(huì)對(duì)堆肥過(guò)程和最終產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響，影響堆肥過(guò)程的主要因素有溫度、碳氮比（ C/N）、 pH、水分、氧含量和有機(jī)質(zhì)含量等。正常溫度變化是確保堆體無(wú)害化、腐熟化的重要保證。 （ 2）碳氮比。 [9]C/N 是堆肥腐熟的重要判定指標(biāo)，一般情況下 C/N 達(dá)到 20 則判定為基本腐熟較，較為適宜的 C/N 為 25。 pH 是影響微生物生長(zhǎng)繁殖的重要因素，堆肥過(guò)程 pH 隨著時(shí)間和溫度變化，pH 值可以作為堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的指標(biāo)。 [11]堆料 pH 值過(guò)低，可向堆料中加入適量的消石灰或碳酸鈣，調(diào)節(jié)原料的 pH 到中性或弱堿性；若堆料 pH 值過(guò)高，可加入新鮮綠肥、青草，它們分解產(chǎn)生有機(jī)酸，可以將 pH 值調(diào)節(jié)至合適水平。水分不足則會(huì)限制微生物活動(dòng)，影響堆肥進(jìn)程，堆體溫度難以上升；水分低于 40%不能滿(mǎn)足微生物生長(zhǎng)正常需求，有機(jī)物難以被分解利用；若水分含量低于 10%，細(xì)菌的代謝活動(dòng)就會(huì)普遍停止。堆肥是 好氧微生物在有氧狀態(tài)下對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行快速降解的過(guò)程。第二，供氧可以調(diào)節(jié)堆溫。 [15]氧含量低于 5%會(huì)造成堆體厭氧而產(chǎn)生惡臭，氧含量高于 15%則會(huì)使堆溫降低不能殺死 病原菌。 （ 6）有機(jī)質(zhì)含量。堆肥過(guò)程中 可溶性的易分解有機(jī)物質(zhì)被首先降解，最終成品有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)含量要求在 30%以上。但是物理指標(biāo)只能初步的判斷堆肥的腐熟度，并不能定量分析，必須借助其他指標(biāo)。湯江武（ 2020）等將銨態(tài)氮含量作為禽畜糞便堆肥的化學(xué)指標(biāo)。除此以外，國(guó)外還采取 13C核磁共振、紅外光譜等方法，從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度來(lái)研究堆肥的過(guò)程及堆肥的腐熟度。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 本課題研究?jī)?nèi)容 研究?jī)?nèi)容 根據(jù)緒論中提供的禽畜糞便排放情況，本研究通過(guò)對(duì)收集禽畜糞便，混合以小麥秸稈堆置，調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)暮?、碳氮比等理化性質(zhì)，進(jìn)行堆肥處理。然而堆肥處理工藝中仍要存在一些確定，如堆肥周期較長(zhǎng)、腐熟度低、產(chǎn)品質(zhì)量差等。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 2 實(shí)驗(yàn)材料與方法 微生物菌劑的固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn) 主要儀器 賽多利斯普及型 PH 計(jì)， PB10，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司； 賽多利斯電子天平， BSA 系列，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司； 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)， TU1810，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司； 原子吸收分光光度計(jì)， TAS990，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司； 循環(huán)水式多用真空泵， SHBⅢ，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司； 數(shù)顯恒溫水浴鍋， HH4，國(guó)華電器有限公司； 生化培養(yǎng)箱， GZP250，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。 7H2O： ， KH2PO4： ， Na2HPO4： ， Mn2SO4：， CuSO4將制成的四組微生物菌劑分別取 150ml 混合液于錐形瓶中，空白樣用蒸餾水代替。 （ 2）材料： 本實(shí)驗(yàn)所需要的堆肥材料有禽畜糞便和秸稈，禽畜糞便來(lái)自于南京浦口區(qū)某養(yǎng)豬場(chǎng)。 kg1 C/N pH 全氮 /g首先，在堆體底部鋪一層麥稈，然后加禽畜糞便和微生物菌劑（各種微生物按1： 1 比例混合），依層重復(fù)加入，大約加到堆體的 3/4 處。 圖 3 堆肥裝置外觀圖 堆肥樣品的采集 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 13 在第 0、 1 1 16 和 20 天，在位于堆體的中間部分取樣 20g 左右。 測(cè)定項(xiàng)目 （ 1）測(cè)定項(xiàng)目 本實(shí)驗(yàn)的主要測(cè)定項(xiàng)目主要有：溫度、 pH 值、含水率、總有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷和纖維素酶活性等，以及腐熟前后秸稈的紅外對(duì)照。 （ 2）含水率的測(cè)定 稱(chēng)取新鮮樣品 23g。 （ 5） C/N 的測(cè)定 總有機(jī)碳（ TOC）的測(cè)定方法如下：稱(chēng)取 5g風(fēng)干樣，使用 1mol/L 的 KCl 溶液進(jìn)行浸提，浸提比例為 1： 20，振蕩 20min 后過(guò)濾，稀釋 100 倍后使用總有機(jī)碳分析儀進(jìn)行測(cè)定。取下冷卻，用少量水沖洗彎頸小漏斗，洗液收入原燒瓶。向蒸餾 瓶?jī)?nèi)緩慢加入 15ml氫氧化鈉溶液。不加試樣作為空白對(duì)照。 （ 7）種子發(fā)芽率的測(cè)量 稱(chēng)取 10g 風(fēng)干樣品，按照樣品：蒸餾水 =1： 10（ m/V）進(jìn)行浸提，振蕩 20min 后過(guò)濾待用，用黃豆種子發(fā)芽率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液的配制：葡萄糖 110℃烘干 2h，稱(chēng)取 溶解后定容至 100ml。將試管放在沸水中加熱 5 分鐘，冷卻后在分光光度計(jì)于波長(zhǎng) 520nm 處測(cè)定。在分光光度計(jì)上設(shè)定波長(zhǎng)為 520nm，測(cè)定 OD 值。它的工作原理是將一束特定波長(zhǎng)的紅外光照射到物質(zhì)的分子上，屬于該分子特定的波長(zhǎng)將會(huì)被吸收，因此會(huì)形成該分子的特定的紅外光譜。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 3 結(jié)果分析與討論 固態(tài)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析 固態(tài)試驗(yàn)含水率變化 分別在第 0、 1 15 天取樣，測(cè)定固態(tài)體系中秸稈粉的含水率，測(cè)定結(jié)果如圖 4。 分別在第 0、 1 16 天取樣，測(cè)定固態(tài)體系中秸稈粉的總有機(jī)碳含量，測(cè)定結(jié)果如圖 5 所示。堆肥過(guò)程中通過(guò)微生物作用可導(dǎo)致氮素的轉(zhuǎn)化，并可決定最終堆肥產(chǎn)品的腐熟度。從圖中可以看出，總氮的變化呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，所有組合在堆肥后總氮含量增加。 分別在第 0、 1 16 天取樣，測(cè)定固態(tài)體系中秸稈粉的總磷含量變化，測(cè)定結(jié)果如圖 7 所示。從圖中可以看出，各組 pH 值變化呈先升高后下降的趨勢(shì)。其中四個(gè)組合中，組合 4 的變化最為明顯，這說(shuō)明復(fù)合微生物菌劑中，添加微生物的種類(lèi)越多，微生物發(fā)揮的作用越大，效果 越明顯。 0 5 10 15 2020253035404550堆肥過(guò)程中溫度的變化/℃時(shí)間/d 空白 市場(chǎng)菌劑 自制菌劑 圖 9 堆肥過(guò)程中溫度的變化 堆肥過(guò)程中含水率 的變化 堆肥發(fā)酵過(guò)程中一方面由于微生物代謝分解作用會(huì)產(chǎn)生水，另一方面發(fā)酵產(chǎn)生的熱量會(huì)蒸發(fā)帶走大量的水分，這兩方面都會(huì)導(dǎo)致堆體含水率的變化。其中，添加自制微生物菌劑的堆體水分降低速率最大，最終含水率降低至南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 35%左右。 [21] 由圖 11 可以看出，三組堆體的 pH 變化均呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)， pH 都始終維持在 8~9 的微堿性環(huán)境，是微生物代謝活動(dòng)適宜范圍，有益于堆肥發(fā)酵的進(jìn)行。 由圖 12 可以看出，在堆肥過(guò)程中總有機(jī)碳的含量呈現(xiàn)總體下降變化趨勢(shì)。 通過(guò)比較 3 個(gè)處理可以看出，添加自制菌劑的堆體的有機(jī)質(zhì)降解率最高，主要原因是其中初始有機(jī)質(zhì)含量高，堆體質(zhì)地疏松，通透性良好，微生物好氧降解效率高，所以腐熟程度最大。氮的損失量對(duì)堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響，在堆肥進(jìn)程中應(yīng)盡可能地減少氮素的損失，提高產(chǎn)品的氮營(yíng)養(yǎng)含量。 由圖 14 可以看出，三組堆體磷元素的含量均呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。kg1時(shí)間/d 空白 市場(chǎng)菌劑 自制菌劑南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 堆肥過(guò)程中 總磷的變化 在堆肥過(guò)程中， P 為比較穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)成分，其絕對(duì)含量在發(fā)酵過(guò)程中通常不會(huì)隨著發(fā)酵的進(jìn)行出現(xiàn)明顯的變化，因此總磷的含量增加是指相對(duì)含量的增加磷元素，也是堆肥產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)。kg1時(shí)間/d 空白 市場(chǎng)菌劑 自制菌劑 圖 12 堆肥過(guò)程中總有機(jī)碳的變化 堆肥過(guò)程中總氮的變化 堆肥過(guò)程中總氮的變化如圖 13 所示，三個(gè)堆體的總氮含量都呈現(xiàn)總體下降的趨勢(shì)