复合菌系脱除氨氮效果的研究

罗春海，刘瑶，郑程远，史金阳，林宏甲，许启有，付世新

（1.黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆 163319；2.桦南县职教中心学校）

复合菌系脱除氨氮效果的研究

罗春海1，刘瑶1，郑程远1，史金阳1，林宏甲1，许启有2，付世新1

（1.黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆 163319；2.桦南县职教中心学校）

为保护畜禽养殖场周围的空气质量，控制氨气是养殖业必须要解决的基本问题。从养猪场土样中分离出具有除臭的微生物菌株2株：X-3菌株和X-5菌株。利用纳氏比色法检测除氨复合菌系去除氨氮的能力；采用平板稀释活菌计数法分析活菌数与除氨效果之间的关系。除氨复合菌系具有良好的氨氮去除能力，7 d的氨氮平均去除率为87.43%，相关性分析结果显示，活菌数量与氨氮去除效果呈正相关。该除臭剂具有良好的除臭效果，并延长除臭时间。

复合菌系；除氨氮；猪场；纳氏比色法

养殖业恶臭气体主要来自于动物排泄物，从环保及能源利用的角度来看，对于恶臭气体的防治包含两方面的意义，一方面是单纯的去除排泄物中的恶臭成分，使其不会造成空气环境污染；另一方面是去除恶臭成分后可转变为能源材料，实现资源再利用。经过多年的实验与实践，恶臭气体的治理方法得到了长足的发展。目前研究成果，动物粪便已不仅仅作为农家肥料使用，在加工处理后，可转变为气体燃料、饲料添加剂、作物化肥等商品。目前。臭气的主要治理手段可分为：物理法、化学法及生物法[1]。微生物除臭的原理是微生物将粪便中的有机物摄入自身体内，经过自身的消化、分解转变成供给自身活动和代谢的养分，最后将代谢物从体内排除的过程[2]。由于微生物降解臭气分子受相态影响，所以臭气分子移位转变过程普遍以荷兰学者Ottengraf提出的生物膜理论解释。该理论认为：生物除臭大致经历三个步骤，首先，臭气中有机物从气相迁移至液相。其次，溶于液相后，由浓度差的作用与生物膜接触，并被生物吸附、吸取。最后，经生物分解作为自身生命活动的养分[3-5]。

1 试验材料

1.1 试验药品及试剂

硫酸；纳氏试剂；盐酸；酒石酸钾钠；氯化铵。试剂均为分析纯。

1.2 试验菌株

试验菌株为除氨复合菌系，由黑龙江八一农垦大学微生物分子生态学实验室惠赠。

1.3 除氨复合菌系培养基

按表1配制除氨复合菌系富集培养基。将配制好的培养基121℃灭菌20 min，加入1.5%～2%琼脂可配制成固体培养基[6]。

表1 除氨复合菌系培养基Table 1Cultures of composite microbial strains of ammonia removal

2 试验方法

2.1 纳氏比色法氨的测定

2.1.1 氨标准贮备液的配制

准确称取0.314 2 g经105℃烘干的1 h的氯化铵，用无氨水稍溶后，定容至100 mL，则浓度为1 mg·mL-1。

2.1.2 氨标准液的配制

临用前，取5 mL氨标准贮备液移入250 mL容量瓶，加入无氨水至标线，即浓度为20 mg·mL-1的氨标准液。

2.1.3 氨氮标准曲线的绘制

取标记为0～7的10 mL比色管，按表2配制标准色列。

表2 氨氮标准曲线配制表Table 2The standard curve table of ammonia and nitrogen

以上各管加入0.5 mL酒石酸钾钠溶液，再加入0.5 mL纳氏试剂，混合均匀，静止10 min后以无氨水作为对照，在420 nm处测定吸光值，绘制标准曲线。

2.2 除氨复合菌系脱除氨氮试验

2.2.1 除氨复合菌系富集培养

在超净工作台内，将10 mL除氨复合菌液，接种于250 mL装有90 mL除氨复合菌系液体培养基的锥形瓶（均已灭菌）。接种完菌液的锥形瓶放入30℃，170 r·min-1摇床扩大培养，培养周期为7 d。富集过程设置三组平行试验。

2.2.2 除氨复合菌系脱除氨氮效果评价

评价除氨复合菌系脱除氨氮效果主要参考培养周期内培养基的氨氮浓度变化。故在接菌后，每隔24 h通过比色法测定培养基中的氨氮含量。

2.2.3 活菌数与氨氮去除率之间的关系

接菌后，每隔24 h采用平板稀释活菌计数法对除氨复合菌系计数，绘制出活菌数与氨氮去除率之间的变化曲线，采用SPSS 17.0进行相关性分析。

2.3 统计学处理

3 结果与分析

3.1 氨氮标准曲线

测得各管吸光值后，以氨氮浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制校准曲线，如

图1 氨氮标准曲线Fig.1The standard curve of ammonia and nitrogen

由图1可知，以氨氮浓度为横坐标（x轴），吸光度为纵坐标（y轴），氨氮浓度与吸光度的线性关系为：y=0.138 1 x-0.001 0，R2=0.999 5，方程具有良好的线性关系。

3.2 除氨复合菌系氨氮脱除效果

除氨复合菌系经过连续7 d的富集培养，培养基中的氨氮变化情况，如表3及如图2所示。

表3 除氨复合菌系氨氮脱除效果Table 3Removal effect of ammonia and nitrogen of composite microbial strains of ammonia removal

图2 除氨复合菌系氨氮脱除效果Fig.2Removal effect of ammonia and nitrogen of composite microbial strains of ammonia removal

由表3及图2可以看出，未接种除氨复合菌系的培养基，整个培养周期内氨氮浓度基本未发生变化。而接种除氨复合菌系的培养基，氨氮浓度出现了明显的降低，由接种前的342.11±2.54 μg·ml-1减少至第7 d的42.99±4.42 μg·ml-1，平均去除率达87.43%。试验第2 d接菌组与对照组氨氮去除率差异显著（P＜0.05），3～7 d均为差异极显著（P＜0.01）。

3.3 活菌数与氨氮去除率的关系

通过平板稀释活菌计数法，对富集培养周期内的活菌数进行计数，每天随着菌数量的不断的增加，每日氨氮去除率也在发生着变化，具体见图3。

由图3可见，随着培养天数的延长，每日活菌数量也呈阶梯式的增长，而日氨氮去除率也随之逐渐增大。整个富集周期内活菌量最高峰出现在第6 d，活菌的数量为6×108CFU·mL-1，同时，当日氨氮去除率达到了58.05%，也是富集周期内日氨氮去除率最高值。在相关性分析中，相关系数为0.9，说明细菌数量越多氨氮去除能力越强。

4 讨论

氨气是恶臭的主要来源，更是养殖场中主要的恶臭物质[6]。近十年来，利用微生物治理氨气已成为研究的一个重点[7]。微生物处理氨气的核心环节则是除氨菌株的获得，而从目前大部分研究来看，除臭菌株的来源多为自然界中筛选，然后通过人工培养将多种具有除臭能力的菌株复合，以达到氨气去除的最佳状态[8]。赵晨曦[9]等报道，在新鲜鸡粪中共筛选出5株具有除臭能力的嗜粪微生物菌株，且该菌对高温耐受能力较强，通过试验测得5株菌可减少66.58%的氨气释放量和54.44%硫化氢释放量。田凤蓉等报道[10]在畜禽养殖场中筛选出1株善变副球菌和1株枯草芽孢杆菌，两菌最优配比后氨氮降解率可达93%。大量试验证明，将除臭菌株复配后除氨能力均较単菌有显著提高。

图3 活菌数与氨氮去除率的关系Fig.3The relationship between the number of bacteria and ammonia nitrogen removal rate

试验所用除臭菌即在动物粪便中筛选出的复合除臭菌，通过一个周期的连续富集培养，确定该复合菌7 d的氨氮去除率可达到87.43%，每日氨氮去除率最高可达到58.05%。通过分析活菌数与去除率之间的关系，结果显示，活菌数与去除率成正相关。适者生存是不变的自然法则，今后通过人工的连续富集培养，为复合菌提供较自然环境更优质的生长条件，相信活菌的数目会不断增多，其自身活力与氨氮利用能力也会更强。

5 结论

（1）除氨复合菌系具有良好的除氨能力，富集周期的氨氮平均去除率为87.43%。

（2）相关性分析结果显示，细菌数量与氨氮去除能力呈正相关。

［1］闫志英，许力山，李志东，等.畜禽粪便恶臭控制研究及应用进展［J］.应用与环境生物学报，2014，20（2）：322-327.

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［3］Paul J W，Barton P K.Enhancing moisture removal during composting of liquid hog manure with shavings or poultry litter［J］.Pacific Agri-Food Research Centre（Agassiz）Technical Report，1997，23，135-138.

［4］Feddes J，Edeogun L.Technologies for Odor Management［J］.Food and Nutritiona1 Seience，2001，12：109-118.

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［9］赵晨曦，兰时乐，禹逸君，等.鸡粪除臭微生物菌群的筛选和应用［J］.湖南农业科学，2005（1）：68-70.

［10］田凤蓉，张彬彬，杨志林，等.高效脱氨除臭异养硝化菌的筛选鉴定及脱氨性能研究［J］.环境工程，2014（5）：64-68.

Effect of Composite Microbial Strains on Ammonia Nitrogen Removal

Luo Chunhai1，Liu Yao1，Zheng Chengyuan1，Shi Jinyang1，Lin Hongjia1，Xu Qiyou2，Fu Shixin1
（1.College of Animal Science and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319；2.Huanan Vocational Education Center University）

Ammonia emissions monitoring was a main problem to protect air quality around livestock and poultry farms.Composite microbial strains，X-3 and X-5，were isolated from soil in the hoggery.The effect of ammonia nitrogen removal was detected by Na’s colorimetry.And the relationship of viable count and ability of ammonia removal were analyzed through plate dilution method.The results showed that multiple strains had a great effect on ammonia nitrogen removal，and the average removal rate of ammonia nitrogen was 87.43%at 7 d.Nonzero correlation showed that there was a positive correlation between them.The deodorant had great effect on ammonia nitrogen removal and could delay deodorant time.

composite microbial strains；ammonia nitrogen removal；hoggery；Na’s colorimetry

S144

A

1002-2090（2017）04-0033-04

10.3969/j.issn.1002-2090.2017.04.008

2016-05-31

黑龙江省农垦总局科技计划项目（HNK125B-12ZD-09）；黑龙江省科学基金项目（QC2016034）。

罗春海（1981-），男，实验师，黑龙江八一农垦大学毕业，现主要从事小动物临床诊疗方面的研究工作。

付世新，女，教授，博士研究生导师，E-mail：fushixin@163.com。