CN109111066A - 一种生物电化学去除猪粪臭味的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，属于生物电化学除臭技术领域。该方法包括如下步骤：（1）将猪粪加入到厌氧发酵罐内，同时向猪粪中添加大肠杆菌菌悬液、培养基等，厌氧发酵得到微生物电解混合液；（2）将微生物电解混合液接种到猪粪中，然后将接种后的猪粪置于阳极电解槽中，同时向阴极电解槽中添加猪粪；（3）对阳极电解槽施加电位并加入培养基进行厌氧培养，该过程阴极电解槽中猪粪的臭味会逐渐去除。本发明通过构建微生物电解回路，以氯化铵为氮源驯化微生物混合菌，使所驯化的微生物能够有效分解猪粪中H2S，氨气等臭气分子，从而实现猪粪除臭的效果，本发明方法能明显改善猪舍环境，具有良好的应用前景。

Description

一种生物电化学去除猪粪臭味的方法
技术领域
本发明属于生物电化学除臭技术领域，具体涉及一种生物电化学去除猪粪臭味的方法。
背景技术
养猪业迅速发展，猪场大量粪污蓄积，引发了诸多环境污染问题，也越来越受到环境整治领域研究者及农民的重视。由于粪污会排出大量恶臭气体，可导致猪出现食欲不振、烦躁、免疫力差和生产性能下降等不良影响；硫化氢、硫醇、胺类等可直接对呼吸系统、内分泌系统、消化系统等造成危害，直接排放更会造成土壤、水体及空气的面源污染，从而破坏周边生态环境。猪粪便中H2S和NH3含量较高，我国畜禽场环境质量标准中规定，H2S浓度标准为10mg/立方米，氨气浓度标准为25mg/立方米。经现场调查，部分季节受气温影响，猪舍内H2S和氨浓度平均达到甚至超过国家标准的上限值，在猪舍内可闻到明显的刺激性气味。
因此，在排污不通畅，空间狭小的猪舍，需要快速解决生猪养殖场粪污臭气处理问题。
发明内容
基于现有方法的不足，本发明的目的在于提供一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，构建生物电化学系统，该系统利用猪粪中原有微生物种群结构，经培养基选择培养后，利用电化学电解槽工作的相关原理，向阴、阳极电解槽中分别添加不同猪粪料，并利用一定电位条件下附着在阴极电解槽表面生长的微生物来快速分解猪粪中H2S，氨气等臭气因子，以实现除臭的目的。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，包括以下步骤：
（1）将猪粪加入到厌氧发酵罐内，同时向每1L猪粪中添加双氧水0.45-0.55g、氧化亚铁0.75-0.85g、磷酸氢二钾0.25-0.35g、醋酸钠1.8-2.2g、锯末0.8-1.2g、碳粉0.8-1.2g、大肠杆菌菌悬液0.45-0.55g，摇匀，加入培养基，静置进行厌氧发酵，得到驯化后生物活性较高的微生物电解混合液；
（2）将上述微生物电解混合液接种到猪粪中，接种量为0.08-0.15g/L，然后将接种后的猪粪置于阳极电解槽中，持续搅拌；
取与阳极电解槽等量的猪粪，每1L猪粪中添加双氧水0.45-0.55g、氧化亚铁0.75-0.85g、锯末0.8-1.2g、碳粉0.8-1.2g、氯化钠1.8-2.2g，摇匀，置于阴极电解槽中；
（3）对阳极电解槽施加电位并加入培养基进行厌氧培养，该过程阴极电解槽中猪粪的臭味会逐渐去除。
步骤（1）和（2）中，所述双氧水的浓度为2-2.5%。
步骤（1）中，所述大肠杆菌菌悬液的光密度值OD600（600nm入射光条件下）为1.4-1.6，
步骤（1）中，所述厌氧发酵的条件为：厌氧培养周期为3-5天，温度为27～47℃，pH为 6～7，氧化还原电位(ORP )为370～390mv，该步骤采用pH计同时测出氧化还原电位(ORP )指标，目的在于标记厌氧环境。
步骤（1）中，所述培养基的添加量为猪粪体积的3-10倍。。
步骤（1）和步骤（3）中，所述的培养基由碳源、氮源和微量元素营养液组成，所述碳源为等比例的乳酸和甲醇的混合物，碳源浓度为5g/L；所述氮源为氯化铵，总氮含量( TN )为20～40mg/L，所述微量元素营养液的浓度为1ml/L；培养基在使用前先除去氧气。
步骤（3）中，所述施加电位是指施加500mv-1000mv的阳极电位。
步骤（3）中，所述厌氧培养的条件为：厌氧培养周期12～24小时，培养温度27～47℃，保持搅拌和厌氧环境。
步骤（3）中，对厌氧培养过程阳极电解槽中产生的微生物菌落数量进行控制，控制方法为：将微生物菌落配制成菌悬液并测定光密度值，菌悬液光密度值OD600上限值控制在5.0，若菌悬液光密度值OD600高于该上限值，则应用连续投加培养基的方式降低阳极电解槽中的微生物菌落数量，多余残液及时排出电解槽。同时，应用H2S和氨气在线浓度测试仪，连续测试阴极电解槽中猪粪分解情况，当H2S与氨气浓度指标分别低于2.5mg/立方米和9mg/立方米时，将猪粪排出。
本发明通过构建微生物电解回路，以氯化铵为氮源驯化微生物混合菌，使所驯化的微生物能够有效分解猪粪中H2S，氨气等臭气分子，从而实现猪粪除臭的效果，以阳极电解槽内微生物菌混液光密度值（OD600）来控制槽内微生物数量，待阴极电解槽内猪粪实现除臭效果，12～24小时后可以排出，长期处理可以实现装置阴、阳极电解槽内连续运行。本发明方法结构简单，易于操作，成本低廉，能明显改善猪舍环境，具有良好的应用前景。
具体实施方式
一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，包括以下步骤：
（1）将猪粪加入到厌氧发酵罐内，同时向每1L猪粪中添加浓度为2-2.5%双氧水0.45-0.55g、氧化亚铁0.75-0.85g、磷酸氢二钾0.25-0.35g、醋酸钠1.8-2.2g、锯末0.8-1.2g、碳粉0.8-1.2g、大肠杆菌菌悬液（光密度值为1.4-1.6）0.45-0.55g，摇匀，加入3-10倍猪粪体积的培养基，即培养基的添加量为每1L猪粪中加入3-10L的培养基，然后静置进行厌氧发酵，得到驯化后生物活性较高的微生物电解混合液；
其中，厌氧发酵的条件为：厌氧培养周期为3-5天，温度为27～47℃，pH为 6～7，氧化还原电位(ORP )为370～390mv。
（2）将上述微生物电解混合液接种到猪粪中，接种量为0.08-0.15g/L，然后将接种后的猪粪置于阳极电解槽中，持续搅拌；
取与阳极电解槽等量的猪粪，每1L猪粪中添加浓度为2-2.5%双氧水0.45-0.55g、氧化亚铁0.75-0.85g、锯末0.8-1.2g、碳粉0.8-1.2g、氯化钠1.8-2.2g，摇匀，置于阴极电解槽中；
（3）对阳极电解槽施加500mv-1000mv电位并加入培养基进行厌氧培养，厌氧培养周期12～24小时，培养温度27～47℃，保持搅拌和厌氧环境，该过程阴极电解槽中猪粪的臭味会逐渐去除。
该过程，对阳极电解槽中产生的微生物菌落数量进行控制，控制方法为：将微生物菌落配制成菌悬液并测定光密度值，菌悬液光密度值OD600上限值控制在5.0，若菌悬液光密度值OD600高于该上限值，则应用连续投加培养基的方式降低阳极电解槽中的微生物菌落数量，多余残液及时排出电解槽。同时，应用H2S和氨气在线浓度测试仪，连续测试阴极电解槽中猪粪分解情况，当H2S与氨气浓度指标分别低于2.5mg/立方米和9mg/立方米时，将猪粪排出。
本发明步骤（1）和步骤（3）中，所述的培养基由碳源、氮源和微量元素营养液组成，所述碳源为等比例的乳酸和甲醇的混合物，碳源浓度为5g/L；所述氮源为氯化铵，总氮含量( TN ) 为20～40mg/L，所述微量元素营养液的浓度为1ml/L；培养基在使用前先除去氧气。
本发明使用包括阴极电解槽和阳极电解槽的生物电化学电解槽，阴极电解槽和阳极电解槽用质子交换膜分隔开，阴极电解槽和阳极电解槽分别设置阴极电极和阳极电极，所述阴极电极和阳极电极间的距离为2-7cm，并在阴极电解槽设置Ag/AgCl参比电极，阴极电极、阳极电极和参比电极通过恒电位仪用导线连接。所述的阴极电极和阳极电极为A3钢板，直接插入阴极电解槽和阳极电解槽。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步详细的说明：
实施例1
一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，包括以下步骤：
（1）将10L猪粪加入到厌氧发酵罐，并同时向猪粪中添加2%浓度双氧水5g、氧化亚铁8g、磷酸氢二钾3g、醋酸钠20g、锯末10g、碳粉10g、大肠杆菌菌悬液（光密度值为1.5）5g，摇匀，加入50L培养基，在30℃控温条件下静置5天厌氧发酵，该过程控制pH为 6.5，氧化还原电位(ORP )为380mv，得到驯化后生物活性较高的微生物电解混合液。
其中，培养基由碳源、氮源和微量元素营养液组成，所述碳源为等比例的乳酸和甲醇的混合物，碳源浓度为5g/L；所述氮源为氯化铵，总氮含量( TN ) 为30mg/L，所述微量元素营养液的浓度为1ml/L；培养基在使用前先除去氧气。
（2）取驯化后的微生物电解混合液20g，接种到200L猪粪中，然后将这部分猪粪倒入阳极电解槽中，持续搅拌；并将200L猪粪原料、2%浓度双氧水100g、氧化亚铁160g、锯末200g、碳粉200g、氯化钠400g置于阴极电解槽中。
（3）启动生物电化学电解槽，通过恒电位仪设定阳极电位900mv，并向阳极槽中投加100L与步骤（1）相同的培养基进行厌氧培养，5天后，猪粪中H2S浓度由10mg/立方米降为2mg/立方米以下，氨气浓度由25mg/立方米降为8mg/立方米以下。
步骤（3）中，应用光密度连续监测技术，对阳极电解槽中产生的微生物菌落数量进行控制，控制方法为：将微生物菌落配制成菌悬液并测定光密度值，菌悬液光密度值OD600上限值控制在5.0，若菌悬液光密度值OD600高于该上限值，则应用连续投加培养基的方式降低阳极电解槽中的微生物菌落数量，多余残液及时排出电解槽。同时，应用H2S和氨气在线浓度测试仪，连续测试阴极电解槽中猪粪分解情况，当H2S与氨气浓度指标分别低于2mg/立方米和8mg/立方米时，可将猪粪排出。
粪污排出后，同时投加新的粪污，设备长期运行时，控制粪污中H2S与氨气浓度分别保持在2.5 mg/立方米和10mg/立方米时以内即可。
实施例2
一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，包括以下步骤：
（1）将10L猪粪加入到厌氧发酵罐，并同时向猪粪中添加2.5%浓度双氧水4.5g、氧化亚铁7.5g、磷酸氢二钾2.5g、醋酸钠18g、锯末8g、碳粉8g、大肠杆菌菌悬液（光密度值为1.5）4.5g，摇匀，加入40L培养基，在27℃控温条件下静置4天厌氧发酵，该过程控制pH为 6，氧化还原电位(ORP )为370mv，得到驯化后生物活性较高的微生物电解混合液。
其中，培养基由碳源、氮源和微量元素营养液组成，所述碳源为等比例的乳酸和甲醇的混合物，碳源浓度为5g/L；所述氮源为氯化铵，总氮含量( TN ) 为20mg/L，所述微量元素营养液的浓度为1ml/L；培养基在使用前先除去氧气。
（2）取驯化后的微生物电解混合液20g，接种到200L猪粪中，然后将这部分猪粪倒入阳极电解槽中，持续搅拌；并将200L猪粪原料、2.5%浓度双氧水90g、氧化亚铁150g、锯末160g、碳粉160g、氯化钠360g置于阴极电解槽中。
（3）启动电化学工作槽，通过恒电位仪设定阳极电位700mv，并向阳极槽中投加100L与步骤（1）相同的培养基进行厌氧培养，4天后，猪粪中H2S浓度由8mg/立方米降为2.5mg/立方米以下，氨气浓度由20mg/立方米降为9mg/立方米以下。
另外，应用光密度连续监测技术，设计光密度值OD600上限为5.0，控制阳极电解槽中微生物聚落数量，如高于上限值则应用连续投加培养基的方式降低阳极电解槽中菌落数指标，多余残液及时排除系统。并应用H2S和氨气在线浓度测试仪，连续测试阴极电解槽中粪污分解情况，如H2S与氨气浓度指标分别低于2.5mg/立方米和9mg/立方米时，则可将粪污排出，并同时投加新的粪污.设备长期运行时，控制粪污中H2S与氨气浓度分别保持在3mg/立方米和10mg/立方米时以内即可。
步骤（3）中，应用光密度连续监测技术，对阳极电解槽中产生的微生物菌落数量进行控制，控制方法为：将微生物菌落配制成菌悬液并测定光密度值，菌悬液光密度值OD600上限值控制在5.0，若菌悬液光密度值OD600高于该上限值，则应用连续投加培养基的方式降低阳极电解槽中的微生物菌落数量，多余残液及时排出电解槽。同时，应用H2S和氨气在线浓度测试仪，连续测试阴极电解槽中猪粪分解情况，当H2S与氨气浓度指标分别低于2.5mg/立方米和9mg/立方米时，可将猪粪排出。
粪污排出后，同时投加新的粪污，设备长期运行时，控制粪污中H2S与氨气浓度分别保持在3 mg/立方米和10mg/立方米时以内即可。
实施例3
一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，包括以下步骤：
（1）将10L猪粪加入到厌氧发酵罐，并同时向猪粪中添加2%浓度双氧水5.5g、氧化亚铁8.5g、磷酸氢二钾3.5g、醋酸钠22g、锯末12g、碳粉12g、大肠杆菌菌悬液（光密度值为1.5）5.5g，摇匀，加入培养基60L，在47℃控温条件下静置5天厌氧发酵，该过程控制pH为 7，氧化还原电位(ORP )为390mv，得到驯化后生物活性较高的微生物电解混合液。
其中，培养基由碳源、氮源和微量元素营养液组成，所述碳源为等比例的乳酸和甲醇的混合物，碳源浓度为5g/L；所述氮源为氯化铵，总氮含量( TN ) 为40mg/L，所述微量元素营养液的浓度为1ml/L；培养基在使用前先除去氧气。
（2）取驯化后的微生物电解混合液20g，接种到200L猪粪中，然后将这部分猪粪倒入阳极电解槽中，持续搅拌；并将200L猪粪原料、2%浓度双氧水110g、氧化亚铁170g、锯末240g、碳粉240g、氯化钠440g置于阴极电解槽中。
（3）启动生物电化学电解槽，通过恒电位仪设定阳极电位1000mv，并向阳极槽中投加100L与步骤（1）相同的培养基进行厌氧培养，5天后，猪粪中H2S浓度由10mg/立方米降为2mg/立方米以下，氨气浓度由25mg/立方米降为8mg/立方米以下。
步骤（3）中，应用光密度连续监测技术，对阳极电解槽中产生的微生物菌落数量进行控制，控制方法为：将微生物菌落配制成菌悬液并测定光密度值，菌悬液光密度值OD600上限值控制在5.0，若菌悬液光密度值OD600高于该上限值，则应用连续投加培养基的方式降低阳极电解槽中的微生物菌落数量，多余残液及时排出电解槽。同时，应用H2S和氨气在线浓度测试仪，连续测试阴极电解槽中猪粪分解情况，当H2S与氨气浓度指标分别低于2.5mg/立方米和9mg/立方米时，可将猪粪排出。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
（1）将猪粪加入到厌氧发酵罐内，同时向每1L猪粪中添加双氧水0.45-0.55g、氧化亚铁0.75-0.85g、磷酸氢二钾0.25-0.35g、醋酸钠1.8-2.2g、锯末0.8-1.2g、碳粉0.8-1.2g、大肠杆菌菌悬液0.45-0.55g，摇匀，加入培养基，静置进行厌氧发酵，得到驯化后的微生物电解混合液；
（2）将上述微生物电解混合液接种到猪粪中，接种量为0.08-0.15g/L，然后将接种后的猪粪置于阳极电解槽中，持续搅拌；
取与阳极电解槽等量的猪粪，每1L猪粪中添加双氧水0.45-0.55g、氧化亚铁0.75-0.85g、锯末0.8-1.2g、碳粉0.8-1.2g、氯化钠1.8-2.2g，摇匀，置于阴极电解槽中；
（3）对阳极电解槽施加电位并加入培养基进行厌氧培养，该过程阴极电解槽中猪粪的臭味会逐渐去除。
2.根据权利要求1所述的一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：步骤（1）和（2）中，所述双氧水的浓度为2-2.5%。
3.根据权利要求1所述的一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述大肠杆菌菌悬液的光密度值OD600为1.4-1.6。
4. 根据权利要求1所述的一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述厌氧发酵的条件为：厌氧培养周期为3-5天，温度为27～47℃，pH为 6～7，氧化还原电位为370～390mv。
5.根据权利要求1所述的一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述培养基的添加量为猪粪体积的3-10倍。
6.根据权利要求1所述的一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（3）中，所述的培养基由碳源、氮源和微量元素营养液组成，所述碳源为等比例的乳酸和甲醇的混合物，碳源浓度为5g/L；所述氮源为氯化铵，总氮含量为20～40mg/L，所述微量元素营养液的浓度为1ml/L。
7.根据权利要求1所述的一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述施加电位是指施加500mv-1000mv的阳极电位。
8.根据权利要求1所述的一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述厌氧培养的条件为：厌氧培养周期12～24小时，培养温度27～47℃。
9.根据权利要求1所述的一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：步骤（3）中，对厌氧培养过程阳极电解槽中产生的微生物菌落数量进行控制，控制方法为：将微生物菌落配制成菌悬液并测定光密度值，菌悬液光密度值OD600上限值控制在5.0，若菌悬液光密度值OD600高于该上限值，则应用连续投加培养基的方式降低阳极电解槽中的微生物菌落数量，多余残液及时排出电解槽。
10.根据权利要求1所述的一种生物电化学去除猪粪臭味的方法，其特征在于：步骤（3）中，应用H2S和氨气在线浓度测试仪，连续测试阴极电解槽中猪粪分解情况，当H2S与氨气浓度指标分别低于2.5mg/立方米和9mg/立方米时，将猪粪排出。
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