用于牛粪粪污处理的微生物菌剂的研制、生产及其应用效果研究
作者单位：河北农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：李术娜;徐国忠
授予年度：2021年
学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境]
摘 要：我国是一个肉类的生产及消费大国,对肉类的需求量日益提高,因此,养殖业的规模也不断加大,养殖业日益成为我国的支柱产业。然而,养殖规模的日益扩大也带来了很大的粪污污染问题,关于养殖粪污的科学化无害化处理成为从业人员以及科研工作者关注的热点。关于养牛场的固体粪污,一般会作垫料处理,但存在含水量大、有害微生物消除不彻底的问题,另一方面,牛粪也可和玉米秸秆等农业废弃物一起作为生物堆肥,但不管是用作垫料还是堆肥,微生物菌剂都在其中发挥着重要且难以替代的作用。因此,其中的关键是微生物菌剂的开发。本论文针对当前腐熟菌剂存在的功能不够强大、产品不易储存、应用工艺过于粗放等问题而展开。本研究内容涉及高效腐熟功能菌株的分离筛选、菌株深层液体发酵产芽孢工艺研究以及菌剂应用工艺与腐熟效果的评价。首先利用基础培养基对菌进行富集培养,增加菌液中菌的浓度,再通过鉴别培养基进行初筛,最后通过测定其酶活力等方法复筛,筛选到高效产纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶的菌株以及除臭菌株,将其进行科学配伍后进行菌剂的工业化生产,以牛粪为原始物料,通过添加不同菌剂组合的微生物菌剂进行垫料的快速处理与好氧堆肥试验,确定出对垫料与堆肥促进效果最好的菌剂组合,并探究其应用工艺,主要结果如下:1、筛选获得高效功能菌株本试验中采用富集培养及CMC-Na筛选培养基的方法从宏达牧场的样品中分离筛选出64株具有产纤维素酶能力的菌株,对其产酶能力进行测定,发现一株菌株产酶能力较强,酶活力为138.92 U/mL,命名为“10,鉴定结果为特基拉芽孢杆菌(Bacillus tequilensis)。采用类似的方法分别筛选出产蛋白酶、脂肪酶能力强的菌株,酶活力分别为196.78 U/mL、172.35 U/mL,将其命名为“A与“D6,鉴定结果分别为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefacien)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。采用筛选培养基的方法从样品中分离纯化出26株能利用NH3的菌株,经过除氨能力测定后,其中一株菌的氨气去除率可达到71%,将其命名为“cc1,鉴定其为暹罗芽孢杆菌(Bacillussiamensis)。2、确立了各菌株的大规模生产工艺对上述菌株进行发酵罐产芽孢工艺以及后处理工艺的研究。以菌株“10为例,其发酵最优条件为:培养基配方为葡萄糖1%、牛肉膏1.667%、硫酸锰0.318%、接种量5.588%、pH 7.5条件下培养60 h,发酵液的生物量为7.7×108 CFU/mL。2 M3种子罐的培养条件为:装液量60%,接种量6%,菌体含菌量1.76×109 CFU/mL;20 M3发酵罐的最佳条件为:种量8%,温度32℃,通风量1:0.8,最终总生物量为2.3×109 CFU/g。离心浓缩条件为:转速6900 rpm,流量1-1.5 T/h,浓缩倍率达到6-10倍。闪蒸干燥的后处理工艺的最佳工艺参数为:与麸皮按1:1比例混合,进料速度15转/min,处理量100 Kg·h-1,进口温度大于120℃,出口温度约80℃,按每小时100 Kg蒸发量可制得含水量低于5%的芽孢菌粉,含量可达150亿芽孢/mL以上,收率大于90%。3、菌剂科学配伍及应用工艺与效果评价将四株功能菌株进行科学配伍,应用于垫料的快速处理及牛粪堆肥试验,确定了菌剂组合B:“10+“D6+“cc1。该菌剂用于牛粪垫料的处理效果:添加该菌剂的垫料在第3天就达到了高温,并持续了 16天,最高温度达到64.18℃,有害菌基本被杀灭,在第7天基本闻不到臭味。该菌剂以5%比例添加于牛粪中,调整碳氮比为30:1,含水率60%进行发酵,在第2天即可达到高温期,持续期13天。最高温度为71.94℃;堆肥过程中有机质降解明显,全氮、全磷含量均增加,种子发芽指数明显提升,堆肥结束时有机质含量为21.59%、全氮含量2.94%、全磷含量1.62%、种子发芽指数达到91.6%,符合国家高温无害化要求。
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