本文關(guān)鍵詞：單相與兩相厭氧工藝發(fā)酵特性及微生物生態(tài)機(jī)理比較研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》 2015年

單相與兩相厭氧工藝發(fā)酵特性及微生物生態(tài)機(jī)理比較研究

任濟(jì)偉  

【摘要】：兩相厭氧工藝是人為將厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分離,產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離是優(yōu)化了兩者的各自功能,還是阻礙了兩者的協(xié)同關(guān)系,尚存爭議。針對這個(gè)問題,本研究以纖維質(zhì)物料、易降解物料及含硫酸鹽廢水三種物料為對象,開展在不同HRT、OLR及pH的條件下單相和兩相厭氧工藝的比較研究,記錄兩種工藝的產(chǎn)沼氣效果、能量產(chǎn)出效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性,監(jiān)測運(yùn)行過程中功能菌群(細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌)的動態(tài),系統(tǒng)分析和評價(jià)單相和兩相厭氧工藝的機(jī)理及優(yōu)劣性。主要結(jié)果如下： (1)纖維質(zhì)物料(玉米秸稈),在不同運(yùn)行條件下,兩相厭氧工藝(Ra+Rm)的產(chǎn)甲烷率和能量產(chǎn)出都遠(yuǎn)高于單相工藝(Rs)的,分別高7.25%-32%和7.7%-32%；產(chǎn)酸相(Ra)促進(jìn)木質(zhì)纖維素的降解轉(zhuǎn)化,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的產(chǎn)氫氣產(chǎn)酸的作用；Ra、Rm及Rs主要細(xì)菌菌群為Bacteroidetes、 Firmicutes及Proteobacteria, Ra的菌群種類多樣性遠(yuǎn)少于Rm和Rs的,發(fā)酵產(chǎn)酸菌主要為Prevotellaceae, Rm中菌群多樣性高于Rs,兩者主要菌群豐度不同；Rm的產(chǎn)甲烷菌基因總濃度遠(yuǎn)高于(Rs)的,兩者主要產(chǎn)甲烷菌為甲烷微菌和甲烷桿菌。 (2)易降解類物料(木薯渣),在HRT(30d)時(shí),單相厭氧工藝(Rs)的產(chǎn)甲烷率和能量產(chǎn)出比兩相工藝(Ra+Rm)分別高3.8%和3%,在HRT(15d)+pH時(shí),Ra+Rm的產(chǎn)甲烷率和能量產(chǎn)出比Rs的高8.6%和9.2%;兩相工藝的運(yùn)行更穩(wěn)定,發(fā)酵周期更短,但C損失較高；在不同運(yùn)行階段,Ra、 Rm及Rs中主要細(xì)菌菌群為Bacteroidetes、 Firmicutes及Proteobacteria, Ra中菌群多樣性少于Rm和Rs的,發(fā)酵產(chǎn)酸菌主要是Prevotella和Lactobacillus; Rm和Rs中菌群多樣性差異較小,但各菌群豐度不同,Rm中Syntrophomonas、 Syntrophobacter和Desulfovibrio豐度高于Rs的；在HRT(30d)時(shí),Rs中產(chǎn)甲烷菌基因濃度遠(yuǎn)高于Rm的；而在HRT(15d)+pH時(shí),Rm的則高于Rs的；Rm和Rs優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌為甲烷微菌和甲烷桿菌,Rm的甲烷八疊球菌和甲烷鬃毛菌的基因濃度高于Rs的。 (3)含硫酸鹽廢水,不同COD/SO4-2比例條件下,多相工藝(FABR)的產(chǎn)沼氣效率、COD和SO4-2的去除效果等都優(yōu)于單相(AF)的,比例越低,優(yōu)勢越明顯；FABR相分離特征明顯,前三隔室承擔(dān)COD和SO4-2去除,后面隔室承擔(dān)甲烷產(chǎn)出。FABR細(xì)菌菌群多樣性優(yōu)于AF,主要菌群是Proteobacteria、 Bacteroidetes及Firmicutes,硫酸還原菌為Desulfovibrio和Desulforhabdus-Syntrophobacter; FABR和AF的優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌為甲烷微菌和甲烷鬃毛菌,FABR的產(chǎn)甲烷菌基因總濃度高于AF的,而且沿隔室逐漸升高。 綜上所述,在不同物料性質(zhì)、HRT、 OLR及pH的條件下,單相和兩相厭氧工藝的運(yùn)行效果存在差異。纖維質(zhì)類物料,不管運(yùn)行條件如何變化,兩相工藝的產(chǎn)甲烷率和能量產(chǎn)出都高于單相工藝,產(chǎn)酸相對纖維素和半纖維素的降解起重要作用。易降解類物料,在長HRT條件下,單相工藝具有優(yōu)勢,而短HRT條件下,兩相工藝運(yùn)行效果更為突出。多相工藝處理含硫酸鹽廢水的效果(產(chǎn)氣率和S04-2去除)遠(yuǎn)高于單相工藝的。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703;X172
【目錄】：

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