【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,人們對(duì)生活水平的要求日益提高,我國(guó)餐廚垃圾的排放量逐年增多。目前餐廚垃圾處理往往給環(huán)境帶來(lái)二次污染,并且伴隨生物質(zhì)資源浪費(fèi)。近年來(lái)厭氧發(fā)酵技術(shù)不斷成熟,利用厭氧活性污泥和廢棄物厭氧發(fā)酵制備氫氣和丁醇的研究備受關(guān)注。餐廚垃圾厭氧發(fā)酵不但能高效地將廢棄物資源轉(zhuǎn)換為生物氫氣、生物甲烷和生物丁醇等能源物質(zhì),還可以避免填埋、焚燒等方法引起的二次污染。本文通過(guò)間歇和連續(xù)兩種發(fā)酵方式探究餐廚垃圾負(fù)荷對(duì)產(chǎn)氫性能的影響。從不同菌源中篩選野生丁醇菌,研究了丁醇菌基于不同底物發(fā)酵時(shí)丁醇累積規(guī)律,以及產(chǎn)丁醇發(fā)酵特性及機(jī)理。批式餐廚垃圾發(fā)酵結(jié)果表明,負(fù)荷對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵氣體成分及產(chǎn)率有顯著影響,低負(fù)荷(2-8 g-VS/L)時(shí)沼氣成分以CH_4和CO_2為主,當(dāng)負(fù)荷達(dá)到10 g-VS/L后,氣體成分以H_2和CO_2為主;負(fù)荷為2 g-VS/L的情況下,沼氣中甲烷濃度高達(dá)90%,甲烷產(chǎn)率為212.99 m L/g.VS,負(fù)荷增大至30g-VS/L時(shí),H_2和CO_2含量分別為50%和48%,氫氣產(chǎn)率為96.67 m L/g.VS;發(fā)酵液主要產(chǎn)物為丁酸、乙酸和丙酸,屬于丁酸型發(fā)酵;對(duì)體系中厭氧微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,結(jié)果表明低負(fù)荷體系中細(xì)菌Ornatilinea、Levilinea和Bellilinea等為優(yōu)勢(shì)菌群,適宜pH較高(6.0-8.5),主要代謝碳水化合物,產(chǎn)生乙酸和乙醇等物質(zhì);高負(fù)荷環(huán)境中Clostridium sensu stricto和Trichococcus等為優(yōu)勢(shì)菌群,主要生成乙酸、丁酸和H_2,因此,負(fù)荷的增加導(dǎo)致了體系內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)由甲烷菌占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)向產(chǎn)氫菌占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)變。另外,探究了連續(xù)產(chǎn)氫發(fā)酵餐廚垃圾負(fù)荷對(duì)產(chǎn)氫性能的影響,污泥經(jīng)堿處理以抑制產(chǎn)甲烷菌活性。結(jié)果表明:15 g-VS/L為最佳負(fù)荷,氣體總累積產(chǎn)量達(dá)14440mL;發(fā)酵初期H_2比例較大,60%-70%,無(wú)CH_4產(chǎn)生,進(jìn)料第3批時(shí)發(fā)酵開(kāi)始有CH_4(3%-29%)生成,H_2含量減少,于第6批后CH_4產(chǎn)量逐漸減少;每批發(fā)酵結(jié)束后體系氨氮濃度逐漸增加,氨氮對(duì)產(chǎn)甲烷菌活性有抑制作用。為了得到性能優(yōu)良,充分利用餐廚垃圾等廢棄物發(fā)酵的產(chǎn)丁醇菌,從土壤和餐廚垃圾中分別篩選到了NG1311、NG132和CC三株產(chǎn)丁醇菌株。菌株NG1311和CC菌落形態(tài)相同,呈現(xiàn)白色、突出、圓形、不透明狀,NG132單菌落形態(tài)不同于上述菌種,為灰色、圓形、微突出、邊緣略不整齊;革蘭氏染色結(jié)果表明三株菌種均為革蘭氏陽(yáng)性菌,芽孢染色表明菌株是梭狀芽孢桿菌,屬于厭氧菌;三株菌株經(jīng)過(guò)7%玉米醪發(fā)酵后,NG1311所產(chǎn)丁醇量最大0.76 g/L;主要有機(jī)酸產(chǎn)物為丁酸、乙酸和丙酸。以商業(yè)模式菌Clostridium acetobutylicum DSMZ 792為菌源,研究不同底物對(duì)于產(chǎn)丁醇性能的影響。結(jié)果表明以玉米醪為底物發(fā)酵溶劑產(chǎn)量最高,丁醇和總?cè)軇┊a(chǎn)量分別達(dá)11.95 g/L和18.45 g/L,A:B:E為3:6:0.5,丁醇占比較大,Clostridium acetobutylicum DSMZ 792可高效利用玉米淀粉;為降低生產(chǎn)發(fā)酵成本,以廢棄物餐廚垃圾代替糧食作物玉米粉做底物發(fā)酵時(shí),產(chǎn)丁醇和總?cè)軇┊a(chǎn)量分別為2.52 g/L和3.71 g/L,A:B:E為3.25:9:1,丁醇占比極大,有利于生產(chǎn)丁醇燃料。
【圖文】：

有機(jī)成分利用的更加徹底。2.4.1.7 污泥微生物群落測(cè)定圖2.7 細(xì)菌群落豐富度稀疏曲線Fig.2.7 Rarefaction curves of bacterial community abundanceFW0FW4FW20

3.4.2 分離純化菌落結(jié)果表3.4 各菌落形態(tài)描述Table 3.4 The colony morphology descriptionNG1-110-2只在 A 區(qū)生長(zhǎng)若干菌落，大多為集結(jié)生長(zhǎng)，C 區(qū)僅生長(zhǎng)了一個(gè)單菌落，形態(tài)類似于產(chǎn)丁醇菌10-4四個(gè)區(qū)均有細(xì)菌生長(zhǎng)，A,B,C 區(qū)連片生長(zhǎng)，單菌落未被分離出，D 區(qū)有少數(shù)單菌落生長(zhǎng)，多為集結(jié)生長(zhǎng)，細(xì)胞形態(tài)不宜觀察10-6均有菌落形成，，類似于 10-4上的菌落形態(tài)，形狀為圓形NG1-310-1A 區(qū)菌生長(zhǎng)較多，集結(jié)生長(zhǎng)，無(wú)單菌落，B 區(qū)有 8-10 個(gè)單菌落，形態(tài)為白色，不透明、邊緣整齊的圓形狀，可能為非產(chǎn)丁醇菌，D 區(qū)有兩個(gè)單菌落，形態(tài)類似于丁醇菌10-1’B 區(qū)有單個(gè)菌落，形態(tài)為圓形，邊緣光滑整齊，大小不一10-2C,D 區(qū)有單菌落形成，大部分集結(jié)生長(zhǎng)，形態(tài)類似于丙酮丁醇梭菌CC 10-6C,D 區(qū)有單菌落形成，形狀均勻，大小統(tǒng)一，形態(tài)如上
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ920.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2684903