乳酸是一種天然有機酸,廣泛應(yīng)用于食品、制藥、化工等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的乳酸發(fā)酵方法以昂貴碳源為原料,依賴嚴苛的滅菌及純菌操作等要求。因此,利用混合菌群,以有機廢棄物為原料發(fā)酵制備乳酸,對發(fā)展生物煉化資源化具有重要意義。餐廚垃圾和剩余污泥是兩種典型的是有機廢棄物,其產(chǎn)量大、不穩(wěn)定、易腐敗,處理不當(dāng)會對生態(tài)環(huán)境和居民健康構(gòu)成嚴重威脅。其中餐廚垃圾富含碳水化合物,微生物群落單一,乳酸發(fā)酵效率低,而剩余污泥富含發(fā)酵菌群和蛋白質(zhì),但碳水化合物含量少,不適合作為乳酸發(fā)酵的基質(zhì)。然而,利用剩余污泥調(diào)控餐廚垃圾厭氧發(fā)酵,不僅可以實現(xiàn)多種有機廢棄物的資源化,而且還提供了調(diào)控混合菌群產(chǎn)乳酸的新思路。但較多研究關(guān)注兩者聯(lián)合發(fā)酵制備揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、氫氣、甲烷等,針對乳酸發(fā)酵及其機理的研究尚不充分。因此,本論文從餐廚垃圾和剩余污泥資源化角度出發(fā),研究了短期分批發(fā)酵(Batch)、長期重復(fù)分批發(fā)酵(Repeated batch)和半連續(xù)發(fā)酵(Semi-continuous)模式,揭示了剩余污泥調(diào)控混合菌群及氨氮補加平衡營養(yǎng)結(jié)構(gòu)強化餐廚垃圾產(chǎn)乳酸的效能及機制,主要研究成果如下:(1)在短期分批發(fā)酵模式下,探究了剩余...

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
縮略詞注釋表
第1章 緒論
    1.1 課題來源與研究意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究進展
        1.2.1 理論基礎(chǔ)
        1.2.2 厭氧發(fā)酵產(chǎn)乳酸的研究進展
    1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究內(nèi)容
        1.3.3 技術(shù)路線
第2章 實驗材料與方法
    2.1 實驗材料及裝置
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 實驗裝置
    2.2 分析方法
        2.2.1 樣品預(yù)處理
        2.2.2 乳酸的測定
        2.2.3 揮發(fā)性脂肪酸VFA的測定
        2.2.4 碳水化合物的測定
        2.2.5 氨氮和游離氨
        2.2.6 蛋白質(zhì)的測定
        2.2.7 丙酮酸的測定
        2.2.8 水解酶活性的測定
        2.2.9 脫氫酶活性反應(yīng)動力學(xué)測定
        2.2.10 元素分析測定
        2.2.11 微生物種群結(jié)構(gòu)分析
        2.2.12 氮代謝相關(guān)基因表達量的測定
        2.2.13 ¹⁵N同位素測定
        2.2.14 其它測試項目及方法
第3章 餐廚垃圾和剩余污泥分批發(fā)酵產(chǎn)乳酸最優(yōu)條件及機理
    3.1 實驗材料與方法
        3.1.1 溫度和pH對聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響
        3.1.2 響應(yīng)面交互影響研究
    3.2 溫度和pH對聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響
        3.2.1 聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)乳酸單因素影響研究
        3.2.2 響應(yīng)面交互影響研究
    3.3 溫度和pH對聯(lián)合發(fā)酵過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響
        3.3.1 pH的變化
        3.3.2 溶出階段
        3.3.3 水解階段
        3.3.4 溶解性蛋白質(zhì)和碳水化合物
        3.3.5 酸化階段
        3.3.6 碳平衡分析
    3.4 微生物群落結(jié)構(gòu)分析
        3.4.1 Alpha多樣性分析
        3.4.2 微生物群落結(jié)構(gòu)分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 餐廚垃圾和剩余污泥長期發(fā)酵產(chǎn)乳酸效能研究
    4.1 實驗材料與方法
        4.1.1 餐廚垃圾和剩余污泥聯(lián)合半連續(xù)發(fā)酵效能研究
        4.1.2 餐廚垃圾和剩余污泥聯(lián)合重復(fù)分批發(fā)酵效能研究
    4.2 餐廚垃圾和剩余污泥聯(lián)合半連續(xù)發(fā)酵效能研究
        4.2.1 產(chǎn)乳酸和VFA效能
        4.2.2 溶解性蛋白質(zhì)和碳水化合物
    4.3 餐廚垃圾和剩余污泥聯(lián)合重復(fù)分批發(fā)酵效能研究
        4.3.1 產(chǎn)乳酸效能
        4.3.2 發(fā)酵過程的影響
        4.3.3 微生物群落結(jié)構(gòu)分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 氮源對餐廚垃圾重復(fù)分批發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響及機理
    5.1 實驗材料與方法
        5.1.1 氨氮投加量對發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響
        5.1.2 氮源類型對餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響
    5.2 氮源類型對餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響
        5.2.1 氨氮投加量對發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響
        5.2.2 氮源類型對餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響
    5.3 氮源類型對餐廚垃圾發(fā)酵過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響
        5.3.1 pH的變化
        5.3.2 溶出階段
        5.3.3 水解階段
        5.3.4 溶解性蛋白質(zhì)
        5.3.5 溶解性碳水化合物
        5.3.6 酸化階段
    5.4 氮源類型對微生物的影響
        5.4.1 Alpha多樣性分析
        5.4.2 微生物群落結(jié)構(gòu)分析
        5.4.3 不同樣品間微生物群落差異性分析
        5.4.4 菌群代謝通路預(yù)測
    5.5 氮源對發(fā)酵體系微環(huán)境的影響
        5.5.1 實驗方法
        5.5.2 對ORP的影響
        5.5.3 氨氮對NADH和 NAD⁺的影響
        5.5.4 氨氮對丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸的影響
    5.6 氨氮在發(fā)酵過程中的轉(zhuǎn)化
        5.6.1 實驗方法
        5.6.2 重復(fù)分批發(fā)酵過程氮的轉(zhuǎn)化
        5.6.3 ¹⁵N同位素示蹤
    5.7 本章小結(jié)
第6章 氨氮強化餐廚垃圾半連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)乳酸效能及機理
    6.1 實驗材料與方法
    6.2 氨氮對餐廚垃圾半連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)乳酸及代謝的影響
        6.2.1 氨氮對餐廚垃圾半連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響
        6.2.2 FAN和 NH4
+-N對乳酸的影響
    6.3 氨氮對餐廚垃圾半連續(xù)發(fā)酵過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響
        6.3.1 溶出階段
        6.3.2 水解階段
        6.3.3 溶解性蛋白質(zhì)
        6.3.4 溶解性碳水化合物
        6.3.5 酸化階段
    6.4 微生物群落結(jié)構(gòu)分析及菌群代謝通路預(yù)測
        6.4.1 Alpha多樣性分析
        6.4.2 微生物群落結(jié)構(gòu)分析
        6.4.3 不同樣品間微生物群落差異性分析
        6.4.4 菌群代謝通路預(yù)測
    6.5 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與建議
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 展望
致謝
參考文獻
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果



本文編號：3807568

boshi