我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),畜禽養(yǎng)殖業(yè)集約化、規(guī)�；焖侔l(fā)展,糞便年產(chǎn)生量約3.49×10~9t,同時(shí)作物秸稈年產(chǎn)生量約9.92×10~8 t,大量畜禽糞便和作物秸稈的不合理處理與處置造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。畜禽糞便和作物秸稈均含有大量的有機(jī)質(zhì),是良好的生物質(zhì)資源,在眾多的處理技術(shù)中,厭氧發(fā)酵是同時(shí)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用和緩解環(huán)境污染壓力的重要途徑。相對(duì)于濕發(fā)酵,厭氧干發(fā)酵因其能耗低、有機(jī)負(fù)荷高和后續(xù)處理成本低等優(yōu)點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)廢棄物的處理利用中。本研究以豬糞為主要研究對(duì)象,采用厭氧干發(fā)酵工藝,開(kāi)展了豬糞單獨(dú)發(fā)酵、豬糞和秸稈混合發(fā)酵以及豬糞秸稈混合后分層接種發(fā)酵試驗(yàn),研究不同發(fā)酵方式對(duì)消化性能的影響,采用Miseq高通量測(cè)序技術(shù),揭示發(fā)酵過(guò)程主要微生物的群落結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律,闡明其與產(chǎn)氣性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián),考察一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、修正的Gompertz模型和Cone模型等三種動(dòng)力學(xué)模型對(duì)厭氧發(fā)酵過(guò)程模擬的適宜性,主要研究結(jié)果如下:(1)分層接種能縮短厭氧發(fā)酵的啟動(dòng)時(shí)間,提高產(chǎn)氣量。分層接種發(fā)酵的甲烷含量和日VS甲烷產(chǎn)量均先于豬糞單獨(dú)發(fā)酵達(dá)到最高,且78 d累計(jì)VS甲烷產(chǎn)量為211.48mL/g VS,高出豬糞單獨(dú)發(fā)酵組89.0%(111.90 mL/g VS);豬糞秸稈混合發(fā)酵由于酸化,日甲烷產(chǎn)量一直處于較低的狀態(tài),甲烷含量緩慢上升,至70 d后達(dá)到50%以上。(2)分層接種能加快有機(jī)物的水解、酸化和甲烷化過(guò)程,緩解酸抑制,提高發(fā)酵體系的穩(wěn)定性。分層接種、混合和單獨(dú)發(fā)酵的SCOD分別在第8 d、23 d、23 d前后升高至最大值24.71、21.60、18.88 mg/g,整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中,分層接種發(fā)酵的可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)濃度均高于其它兩組。分層接種和豬糞單獨(dú)發(fā)酵的總揮發(fā)性脂肪酸(VFAs,Total volatile fatty acids)濃度分別在第15 d和20 d左右達(dá)到峰值,為33.03、31.51 mg/g,之后快速下降,且下降過(guò)程中分層接種的濃度均小于單獨(dú)發(fā)酵�；旌习l(fā)酵組VFAs在第20 d左右達(dá)到最高值后沒(méi)有下降,發(fā)生酸化現(xiàn)象。三組發(fā)酵的氨氮濃度均逐漸升高后保持相對(duì)穩(wěn)定,分層接種組氨氮濃度最低,為2.68±0.33 mg/g。(3)不同發(fā)酵方式的細(xì)菌豐富度和多樣性均高于古菌,分層接種能提高細(xì)菌和古菌豐富度、多樣性,且隨發(fā)酵的進(jìn)行明顯增加;混合發(fā)酵只能提高細(xì)菌的豐富度、多樣性和復(fù)雜程度,對(duì)古菌的影響不大。(4)厭氧干發(fā)酵中細(xì)菌以厚壁菌門(mén)為主,梭菌屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),三組發(fā)酵的相對(duì)豐度分別在43.06%-67.70%、54.62%-76.40%、33.55%-74.68%之間呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì),與日VS甲烷產(chǎn)量成正相關(guān);Clostridium sensu stricto和Romboutsia與VFAs和SCOD均存在極顯著的正相關(guān)性。(5)厭氧干發(fā)酵中古菌以廣古菌門(mén)為主,氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌Methanosphaerula和乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌Methanothrix占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。三種發(fā)酵方式的產(chǎn)甲烷途徑均以氫營(yíng)養(yǎng)型為主,相對(duì)豐度高于66.93%;發(fā)酵后期,單獨(dú)發(fā)酵和混合發(fā)酵的乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌相對(duì)豐度升高,分別由15.84%和21.03%升高至29.33%和28.15%,而分層接種則由21.03%降低至20.86%;Methanothrix與VFAs呈顯著的正相關(guān)性。(6)修正的Gompertz模型適合模擬豬糞厭氧干發(fā)酵過(guò)程。修正的Gompertz模型對(duì)三組發(fā)酵模擬的R~2均大于0.99,且均方根預(yù)測(cè)誤差(rMSPE)最小,擬合效果優(yōu)于一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Cone模型;修正的Gompertz模型模擬預(yù)測(cè)分層接種發(fā)酵的最大VS甲烷產(chǎn)量和遲滯期分別為3.80 mL/g VS·d和10.90 d,均優(yōu)于豬糞單獨(dú)發(fā)酵(2.65 mL/g VS·d、26.32 d)和混合發(fā)酵組(1.52 mL/g VS·d、79.52 d)。
【學(xué)位單位】：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：X713;X172
【部分圖文】：

有機(jī)玻璃材質(zhì)，有效容積為 11 L，裝置圖見(jiàn)圖2-1。內(nèi)部尺寸：有效高度 H=750 mm，有效內(nèi)徑 D=20 mm。頂部設(shè)有排氣口和備用取氣口，均采用閥門(mén)控制。發(fā)酵裝置側(cè)面的垂直高度上設(shè)置多個(gè)取樣口，可根據(jù)實(shí)際情況需要選擇取樣口。取樣口直徑 15 mm，用橡膠塞密封。1.備用取氣口 2.排氣口 3.發(fā)酵室 4.取樣口1.spare gas-sampling port 2.exhaust port 3.digestion chamber 4. sample outlet圖 2-1 發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖與實(shí)物圖Fig. 2-1 Structural diagram and real object of digestion equipment

-9 97%相似水平下細(xì)菌 OTU 樣本的分布韋f the OTUs of bacteria communities based（操作分類(lèi)單位）樣本的分布韋恩圖U 數(shù)目，直觀的展現(xiàn)出環(huán)境樣品的 OT或共有的 OTU 數(shù)。從圖中可以看出

圖 3-12 基于 weighted uniFrac 的細(xì)菌樣品進(jìn)化樹(shù)分析圖和 PCoA 分析Fig. 3-12 Hierarchical clustering and principal coordinated analysis (PCoA) of the bacterialcommunities in each sample using the weighted UniFrac analysis在聚類(lèi)樹(shù)圖中，初始進(jìn)料豬糞接種物混合物（P0）和豬糞秸稈接種物混合物（M0
【參考文獻(xiàn)】

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