漏缝地板发酵床对育肥羊养殖气体排放的影响及微生物学机理

为明确漏缝地板发酵床对育肥羊养殖过程氨(NH_(3))和温室气体排放特征的影响机制,本研究设置地面和漏缝地板发酵床两个试验处理,测定分析了育肥羊养殖过程NH_(3)、氧化亚氮(N2O)、二氧化碳(CO_(2))和甲烷(CH4)的排放特征,并采用宏基因组学解析了影响上述气体排放的微生物学机理。试验结果表明,与地面相比,漏缝地板发酵床能够显著降低育肥羊养殖过程的NH_(3)排放(P<0.05),其NH_(3)排放速率为21.64~58.92 mg·m^(-2)·h^(-1),NH_(3)累积排放量为86.36±1.06 g·m^(-2),减排率达58.60%。漏缝地板发酵床同样也能显著降低育肥羊养殖过程的CH4排放速率(P<0.05),其CH4累积排放量为26.66 g·m^(-2),减排率可达64.42%。然而,漏缝地板发酵床会使得育肥羊养殖过程的N2O和CO_(2)排放显著升高(P<0.05),尤其是发酵床组的N2O累积排放量高达994.30 mg·m^(-2),为地面的190.84倍。宏基因组学分析结果表明,发酵床粪便中Salinicoccus、Corynebacterium、Brachybacterium和Nocardiopsis等具有耐盐特性并参与硝化、反硝化的有益微生物相对丰度显著升高(P<0.05),hcp、narG、nirK、norB、nosZ等氮转化关键基因相对丰度显著升高(P<0.05),这使得发酵床的NH_(3)排放降低,但会造成较高的N2O排放。发酵床中的Atopostipes和Anaerococcus等厌氧微生物相对丰度显著降低(P<0.05),导致了其较低的CH4排放。此外,发酵床较高的CO_(2)排放主要与微生物的丙酮酸代谢、三羧酸循环等密切相关。

鼠李糖脂对生物滴滤塔净化CH_(4)和NH_(3)废气的影响

生物表面活性剂鼠李糖脂被广泛应用于强化生物法净化疏水性物质的气液传质,但其对生物净化含疏水性甲烷(CH_(4))与亲水性氨(NH_(3))混合废气的影响尚不清楚。该研究通过开展生物滴滤塔模拟试验,解析了鼠李糖脂添加对生物滴滤塔净化粪尿存储产生的CH_(4)和NH_(3)混合废气性能的影响。结果表明,与对照生物滴滤塔A相比,添加2 cmc(临界胶束浓度)鼠李糖脂的生物滴滤塔B的挂膜启动快,CH_(4)去除效率高,当停留时间(EBRT)为65 min时,其挂膜启动期的CH_(4)去除效率可达到85%以上。而且,鼠李糖脂添加能够缩短生物滴滤塔的停留时间,当EBRT缩短至13 min时,生物滴滤塔B的CH_(4)去除效率为77%,而生物滴滤塔A只有42%。NH_(3)去除方面,鼠李糖脂添加对生物滴滤塔除NH_(3)效率无显著影响,2个生物滴滤塔的除NH_(3)效率均可达99%。而且,生物滴滤塔B营养液的NH_(4)+-N、NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N浓度均低于生物滴滤塔A,表明鼠李糖脂添加能够促进生物滴滤塔的氮转化。研究结果可为生物表面活性剂鼠李糖脂应用于生物法净化畜禽养殖场混合废气提供技术支持。

鼠李糖脂促进甲基弯菌OB3b生长和甲烷氧化的环境条件优化研究

环境条件是影响生物表面活性剂强化甲烷氧化菌氧化甲烷效果的关键因素。选用鼠李糖脂为代表性生物表面活性剂,以甲烷氧化菌甲基弯菌(Methylosinus trichosporium)OB3b为供试菌株,以温度、pH及O_(2)、甲烷体积比(O_(2)/甲烷)为试验因素,采用单因素试验和响应面优化试验相结合的研究方法,开展了不同环境因素对鼠李糖脂提高甲基弯菌OB3b生长量(以600 nm处吸光度(OD_(600))表征)和甲烷氧化效率的影响研究。单因素试验结果表明:当温度为20~40℃、pH为5.0~9.0、O_(2)/甲烷为0~2.0,添加2倍临界胶束浓度(简写为2 CMC)鼠李糖脂均能够显著提高甲基弯菌OB3b培养过程的OD_(600)和甲烷氧化效率(p<0.05)。响应面优化试验结果表明:甲基弯菌OB3b的最佳培养条件为温度30℃、菌液pH=7.0、O_(2)/甲烷1.0,在该条件下添加2 CMC鼠李糖脂,甲基弯菌OB3b培养5 d的甲烷氧化效率能达95%左右。研究结果可为生物表面活性剂鼠李糖脂在生物除甲烷领域的应用提供理论基础和数据支持。

铵态氮对生物过滤塔甲烷净化性能的影响及其微生物学机理

氮源是生物过滤塔高效稳定净化甲烷(CH^(4))废气的关键因素,然而关于畜禽养殖废水中铵氮是否可以作为除CH^(4)生物过滤塔氮源以及相应的作用机制尚不明晰。启动并成功运行2个生物过滤塔BF_no(对照,无氮源)和BF_A(铵态氮为氮源),比较分析了不同停留时间(EBRT)下,2个生物过滤塔的CH^(4)净化性能,并采用宏基因组技术解析了铵态氮影响生物过滤塔CH^(4)净化性能的微生物学机理。结果表明,生物过滤塔BF_A的CH^(4)去除性能优于生物过滤塔BF_no,当EBRT为44 min时,BF_A的CH^(4)去除效率稳定在80%以上,而生物过滤塔BF_no的CH^(4)去除效率不足70%。宏基因组分析结果表明:BF_no和BF_A具有显著不同的微生物群落结构,其中硝化螺旋菌门(Nitrospirae)是生物过滤塔BF_A中的特有菌属。生物过滤塔BF_A中与硝化过程相关的amoA和hao基因,以及与CH^(4)氧化相关的fae、mtdA和fmdA基因相对丰度均显著高于BF_no(P≤0.05),证明以铵态氮为氮源的生物过滤塔BF_A中不仅具有较高的硝化能力,还具有较高的CH^(4)氧化能力。本研究结果可为生物过滤法净化畜禽养殖含CH^(4)废气和液态养殖粪污的综合利用提供参考。