【摘要】：乙酸、丙酸和丁酸等揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)是厭氧消化產(chǎn)沼氣過(guò)程中的重要中間代謝產(chǎn)物。通常厭氧消化系統(tǒng)中的有機(jī)負(fù)荷過(guò)高、原料復(fù)雜等因素會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中脂肪酸的累積,引起系統(tǒng)酸化、抑制微生物的生長(zhǎng),從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。且由于丙酸、丁酸等脂肪酸降解為乙酸、二氧化碳和氫氣的反應(yīng)所需自由能較高,不能自發(fā)進(jìn)行。因此,脂肪酸的降解被認(rèn)為是厭氧消化過(guò)程的限速步驟。研究表明,可以通過(guò)互營(yíng)細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌互營(yíng)合作而實(shí)現(xiàn)對(duì)脂肪酸的降解。本論文針對(duì)以上問(wèn)題,從互營(yíng)降解脂肪酸的角度出發(fā),構(gòu)建丙酸互營(yíng)氧化菌群,通過(guò)生理生化研究,優(yōu)化脂肪酸互營(yíng)氧化的運(yùn)行參數(shù),建立脂肪酸累積的快速解除工藝。并基于所構(gòu)建的菌群,實(shí)現(xiàn)對(duì)酸化厭氧消化系統(tǒng)的修復(fù)調(diào)控,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)分析調(diào)控前后的微生物群落,為厭氧消化系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。研究結(jié)果如下:(1)以藥廠(chǎng)廢水為接種源,丙酸為唯一碳源,利用亨蓋特厭氧操作技術(shù),通過(guò)連續(xù)傳代馴化,獲得了高效、穩(wěn)定的厭氧降解丙酸產(chǎn)甲烷復(fù)合菌系—丙酸互營(yíng)氧化菌群。該菌群能在24-26 d將3000 mg/L丙酸鈉完全降解,甲烷含量不低于58.00%�？寺∥膸�(kù)結(jié)果顯示復(fù)合菌系的主要細(xì)菌物種為Pelotomaculum;主要古菌物種為Methanosarcina和Methanospirillum。(2)通過(guò)單因子實(shí)驗(yàn)確定,向培養(yǎng)基中添加有機(jī)氮源(酵母提取物YE和胰蛋白胨BBL),能明顯促進(jìn)丙酸互營(yíng)氧化菌群的生長(zhǎng),縮短丙酸厭氧氧化產(chǎn)甲烷代謝延滯期,提高體系甲烷產(chǎn)量。其中單獨(dú)添加BBL甲烷產(chǎn)量最高,同時(shí)添加YE和BBL,產(chǎn)甲烷速率最高。高通量結(jié)果顯示,Firmicutes的Pelotomaculum為主要的丙酸氧化細(xì)菌,Methanosaeta和Methanoculleus是主要的產(chǎn)甲烷古菌。添加有機(jī)氮源可以改變丙酸互營(yíng)氧化菌群中細(xì)菌的物種多樣性及豐度,對(duì)的古菌優(yōu)勢(shì)物種無(wú)明顯改變,但對(duì)其豐度有一定影響。(3)固型載體能促進(jìn)揮發(fā)性脂肪酸的互營(yíng)代謝。丙酸互營(yíng)氧化菌群氧化丙酸時(shí),加入固型載體玻璃砂CL,丙酸氧化產(chǎn)甲烷的轉(zhuǎn)化效率最高,19 d可將3000 mg/L的丙酸完全降解,甲烷含量不低于64%。氧化丁酸時(shí),添加活性炭氈B能提高厭氧消化啟動(dòng)效率,加速丁酸互營(yíng)氧化。對(duì)丙酸快速解除工藝進(jìn)行優(yōu)化,最終選擇空心玻璃砂為載體、BCTY(同時(shí)添加BBL和YE)為培養(yǎng)基作為丙酸快速解除的最優(yōu)工藝。該條件下,體系產(chǎn)甲烷速率和丙酸降解率最快,丙酸日平均降解率為136.49 mg/L·d。(4)丙酸互營(yíng)氧化菌群可修復(fù)酸化后的厭氧消化系統(tǒng)。厭氧消化初期,Clostridiales等在CSTR_(control)和CSTR_(treatment)中代謝反應(yīng)器中的底物產(chǎn)生大量VFAs導(dǎo)致系統(tǒng)酸化,酸化類(lèi)型表現(xiàn)為丁酸型發(fā)酵,p H值迅速下降至5.0左右。將反應(yīng)器CSTR_(recover)與酸化后的CSTR_(treatment)通過(guò)Separator相連接,兩個(gè)反應(yīng)器間的消化液循環(huán)18 d后,CSTR_(treatment)恢復(fù)正常產(chǎn)甲烷代謝作用。修復(fù)過(guò)程中,推測(cè)Acinetobacter為降解乙酸和丁酸的主要細(xì)菌。最終,CSTR_(treatment)中VFAs降解率可達(dá)100.00%,TS產(chǎn)氣率為456.49 L/kg,為CSTR_(control)的4.66倍。且隨著CSTR_(recover)與CSTR_(treatment)之間消化液的逐步循環(huán),兩反應(yīng)器中細(xì)菌和古菌的優(yōu)勢(shì)物種及其豐度逐漸趨同。
【圖文】：

圖 1. 1 乙酸、丙酸和丁酸互營(yíng)代謝途徑ic pathways that are used for acetate, propionate and butyrate conversion by bacteriasyntrophy with methanogens(Petra Worm, et al., 2014).氧化菌的分離應(yīng)用Frank 等(2005)分離得到第一株嚴(yán)格丙酸氧化細(xì)菌 Pelotomaculum s(2006)從極寒的淺層缺氧海底沉積物中分離得到一株氧化丙酸的互a butyrica，但其生長(zhǎng)特別緩慢，作者經(jīng)過(guò) 1 年以上的富集培養(yǎng)才獲得

技術(shù)路線(xiàn)圖
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S216.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2639713