【摘要】：餐廚垃圾的處理成為全球性的問(wèn)題,用餐廚垃圾進(jìn)行沼氣發(fā)酵,不僅可以改善環(huán)境,而且可以解決全球能源短缺的問(wèn)題。但是餐廚垃圾在沼氣發(fā)酵過(guò)程中存在運(yùn)行不穩(wěn)定、啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、易酸化等問(wèn)題。接種物的質(zhì)量對(duì)于沼氣發(fā)酵的啟動(dòng)和運(yùn)行至關(guān)重要。為了提高餐廚垃圾沼氣發(fā)酵運(yùn)行的穩(wěn)定性,本研究通過(guò)投加餐廚垃圾和磷酸鹽馴化接種物,動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)馴化過(guò)程日產(chǎn)氣量、水解酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)的變化。并選取不同馴化階段的接種物進(jìn)行餐廚垃圾沼氣發(fā)酵,探究不同馴化接種物對(duì)餐廚垃圾沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣潛力的影響。通過(guò)比較不同接種物的水解酶活性、微生物群落以及接種物用于餐廚垃圾沼氣發(fā)酵的產(chǎn)氣潛力,尋找最佳接種物的馴化條件,為今后餐廚垃圾沼氣發(fā)酵穩(wěn)定運(yùn)行奠定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。主要研究結(jié)論如下:1、研究馴化過(guò)程中日產(chǎn)氣量的變化,發(fā)現(xiàn)隨著投料量和磷酸鹽濃度增高馴化也加快,但投料量和磷酸鹽濃度增高到一定程度又會(huì)影響馴化的穩(wěn)定運(yùn)行。在既要提高馴化的速度又要保證馴化穩(wěn)定性的前提下,添加1360mg/L磷酸鹽,且每天投料1g馴化的方法最佳。2、研究接種物對(duì)餐廚垃圾沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣潛力的影響,發(fā)現(xiàn)與未馴化的接種物相比,采用經(jīng)過(guò)磷酸鹽和餐廚垃圾馴化過(guò)的接種物作為餐廚垃圾沼氣發(fā)酵的接種物更能保證發(fā)酵的順利運(yùn)行。并且投料量、磷酸鹽濃度以及馴化時(shí)間均顯著地影響接種物的產(chǎn)氣潛力。選取馴化處于穩(wěn)定運(yùn)行階段的接種物用于餐廚垃圾發(fā)酵最佳。比較本研究的13種接種物的產(chǎn)氣潛力,發(fā)現(xiàn)添加1360mg/L磷酸鹽,每天投料1g馴化到第15天的接種物能加快餐廚垃圾的啟動(dòng),提高產(chǎn)氣效率。3、研究馴化過(guò)程中水解酶活性的變化,發(fā)現(xiàn)添加餐廚垃圾和磷酸鹽馴化接種物能提高接種物中蛋白質(zhì)、糖化型淀粉、纖維素和脂肪等水解酶的活性。并且投料量、磷酸濃度以及馴化時(shí)間均會(huì)顯著地影響接種物中水解酶活性。比較本研究的13中接種物的水解酶活性,發(fā)現(xiàn)添加1360mg/L磷酸鹽,每天投料1g馴化到第8天至15天的水解酶活性較高。4、采用Illumina MiSeq高通量測(cè)序技術(shù)分析不同馴化環(huán)境下微生物群落變化,得出以下結(jié)論:(1)在投加餐廚垃圾和磷酸鹽馴化的條件下,微生物群落的優(yōu)勢(shì)菌群有Bacteroidetes、Proteobacteria、Firmicutes、Euryarchaeota、Chloroflexi;亞優(yōu)勢(shì)菌群有Spirochaetes、Planctomycetes、OP3、Fusobacteria、Crenarchaeota、Synergistetes;產(chǎn)甲烷菌有Methanobacterium、Methanocorpusculum、Methanosaeta、Methanosarcina、Methanocalculus;(2)餐廚垃圾和磷酸鹽不僅能提高微生物群落的多樣性,而且能促進(jìn)一些與餐廚垃圾降解密切相關(guān)的微生物生長(zhǎng),例如能促進(jìn)Bacteroidetes、Chloroflexi、Firmicutes、Fusobacteria、Synergistetes等優(yōu)勢(shì)菌群的生長(zhǎng)繁殖,也能促進(jìn)Methanobacteria、Methanomassiliicoccaceae等產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)繁殖,而且還能促進(jìn)Clostridium、Bacteroides、Butyrivibrio、Proteiniclasticum、Sedimentibacter等水解細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖;(3)投料量、磷酸鹽的濃度以及馴化時(shí)間均會(huì)影響微生物群落的多樣性和組成。馴化時(shí)間越長(zhǎng),微生物群落的組成與原始微生物群落的組成之間的差異越大,并且微生物群落朝著適應(yīng)降解餐廚垃圾的方向改變;投料量和磷酸鹽濃度越高越能加快微生物群落組成的變化。比較實(shí)驗(yàn)中這13中接種物的微生物群落,發(fā)現(xiàn)投加1360 mg/L磷酸鹽,每天投1g餐廚垃圾馴化接種物,能在短期內(nèi)獲得多樣性較高的微生物群落;(4)OTU數(shù)量、Firmicutes和Fusobacteria的相對(duì)豐度分別與日產(chǎn)氣量之間呈正相關(guān),說(shuō)明微生物越豐富越能提高餐廚垃圾沼氣發(fā)酵的產(chǎn)氣量,同時(shí)Firmicutes和Fusobacteria這兩種菌群能促進(jìn)餐廚垃圾沼氣發(fā)酵;(5)本研究的E2目中未鑒定的菌群可能存在一些與產(chǎn)甲烷相關(guān)的微生物。5、研究馴化過(guò)程中日產(chǎn)氣量變化、水解酶活性的變化和微生物群落結(jié)構(gòu)的變化之間的關(guān),發(fā)現(xiàn)日產(chǎn)氣量、水解酶活性和微生物群落可以作為馴化接種物好壞的評(píng)價(jià)指標(biāo)。當(dāng)馴化中日產(chǎn)氣量趨于平穩(wěn),水解酶活性和微生物群落的多樣性均處于較高水平時(shí),接種物質(zhì)量最佳。
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X799;S216.4
【圖文】：

第 1 章 緒論甲烷階段的反應(yīng)過(guò)慢，導(dǎo)致大量的 VFAs 累積而不能及時(shí)降解，抑制沼氣發(fā)酵運(yùn)行。水解酸化階段反應(yīng)過(guò)慢，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷階段會(huì)因?yàn)樵系亩倘倍鴾p慢反應(yīng)速率，同樣也會(huì)抑制沼氣發(fā)酵運(yùn)行。因此，沼氣發(fā)酵的穩(wěn)定運(yùn)行需要保持各反應(yīng)階段處于一定的動(dòng)態(tài)平衡。

C8 16 300 850C15 16 300 850C21 16 300 850C44 16 300 850 表示通過(guò)添加 680mg/L 磷酸鹽和每天投料 0.5g，共投料 32 天馴化接種物，A8、A1A44 分別馴化到第 8 天，15 天，21 天和第 44 天的接種物；B 表示通過(guò)添加 1360mg每天投料 1g，共投料 16 天馴化接種物，B8、B15、B21、B44 分別馴化到第 8 天，15第 44 天的接種物；C 表示通過(guò)添加 2720mg/L 磷酸鹽和每天投料 2g，共投料 8 天馴C8、C15、C21、C44 分別馴化到第 8 天，15 天，21 天和第 44 天的接種物；未馴化沒(méi)有經(jīng)過(guò)馴化的原始接種物。3 實(shí)驗(yàn)裝置馴化裝置馴化裝置參考袁亞閣的設(shè)計(jì)[82]。如圖 2.1 所示，包括水槽，馴化瓶和控分�？刂苾x上連接水泵維持水槽內(nèi)的水溫均勻。馴化瓶包括進(jìn)料口，出氣口三部分組成，從進(jìn)料口添加原料，從取樣口收集樣品。

圖 2.2 餐廚垃圾批量沼氣發(fā)酵裝置圖Figure2.2 Experimental configuration of batch biogas fermentation of food waste2.1.4 數(shù)據(jù)分析利用 SPSS19.0 軟件進(jìn)行 Duncan 多重比較分析，采用 Origin 軟件繪圖。2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.2.1 馴化過(guò)程中日產(chǎn)氣量的變化本研究的 A、B、C 三種馴化方法，在馴化過(guò)程中日產(chǎn)氣量均隨著時(shí)間變化而變化，但變化趨勢(shì)有所差別（見圖 2.3）。馴化前 7 天，日產(chǎn)氣量是 C＞B＞A，且投料密度和磷酸鹽濃度也是 C＞B＞A。說(shuō)明投料量和磷酸鹽的濃度越高越有利于加快接種物馴化達(dá)到產(chǎn)氣高峰。

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本文編號(hào)：2757368