本文關鍵詞：丙酸產甲烷菌系的馴化過程及生物強化作用研究　出處：《中國農業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：即能處理有機廢棄物又可產生清潔能源的沼氣發(fā)酵技術在我國得到了較快的發(fā)展,然而該技術存在低濃度發(fā)酵經濟性差,高濃度發(fā)酵運行不穩(wěn)定的問題。在實現穩(wěn)定的高濃度厭氧發(fā)酵進程中,揮發(fā)性脂肪酸累積導致的產氣抑制是亟需解決的問題,因此,本文以厭氧發(fā)酵中極易累積的丙酸、乙酸為目標去除物,構建丙酸產甲烷菌系(含有互營丙酸氧化菌群、氫型產甲烷菌群及乙酸裂解產甲烷菌群),對丙酸氧化為乙酸,乙酸產甲烷及H2+CO2產甲烷三個代謝步驟進行整體的生物強化,探討解除酸抑制的生物強化模式,分析評價生物強化作用效果,并從微生物群落結構演替、微生物網絡關系及基因功能差異等方面揭示生物強化作用機理,得出的主要結論如下:經長期馴化獲得了多種功能的丙酸產甲烷菌系:利用固體沉積的靜態(tài)馴化方法獲得了 OLR承受力為2.5gHprL-1 d1-,平均容積產甲烷率為1.20LL-1d-1，丙酸耐受濃度超過11.0gL-1的高濃度丙酸產甲烷菌群,該菌群的優(yōu)勢功能菌為丙酸氧化菌Syntrophobacter及產甲烷菌Methanoculleus,Methanothrix;利用階梯性降低pH的馴化方法獲得了 pH在4.8-6.0下穩(wěn)定產氣的耐酸丙酸產甲烷菌群,其群落組成為丙酸氧化菌Smithella、Syntrophobacter、Pelotomaculum辦Syntrophomonas 及產甲烷菌群 Methanothrix、Methanolinea、Methanospirillhm。證實了丙酸產甲烷菌群的生物強化作用:丙酸產甲烷菌群可提高厭氧發(fā)酵的有機負荷2倍,平均甲烷含量、容積產甲烷率、VS產甲烷率分別提高24.04%(76.54%),0.22L L-1 d-1(366.67%)及0.23 Lg-1VSd-1(287.50%);投加耐酸丙酸產甲烷菌群可促進酸敗恢復,在一周內恢復發(fā)酵系統(tǒng)的初始產氣水平,且生物強化后容積產氣量比生物強化前提高30-35%;丙酸產甲烷菌群可緩解3.0gN L-1的氨氮抑制,1倍劑量(0.3g細胞干重L-1d-1)的生物強化可以防止失穩(wěn)的發(fā)酵體系進一步惡化,在丙酸濃度為8500mgL-1，，乙酸濃度為3000mgL-1，容積產甲烷量低于0.001L L-1 d-1時,2倍劑量的生物強化可有效地促進發(fā)酵體系恢復產氣,生物強化后,平均容積甲烷產量、甲烷轉化率及丙酸降解率分別提高了 158 mL L-1 d-1 48%及62%。揭示了生物強化作用機理:生物強化可調整微生物群落結構,提高有益功能菌群的生物量,利用高濃度丙酸產甲烷菌群進行生物強化時,提高了被強化發(fā)酵體系中的產甲烷菌Methanothrix、丙酸氧化菌Syntrophobacter氨基酸降解菌Aminivibrio、發(fā)酵細菌Pelolinea、Proteiniphilum的生物量:利用耐酸丙酸產甲烷菌群進行生物強化時提高乙酸型產甲烷菌Methanothrix及氫型產甲烷菌的Methanolinea的相對豐度。此外,在基因水平上,生物強化增強了微生物參與膜運輸及細胞運動的基因功能。本文提供了強化揮發(fā)性脂肪酸降解并提高產甲烷的生物強化菌群的馴化方法及不同功能的菌劑;證實了丙酸產甲烷菌群可解除酸抑制、促進酸敗恢復及緩解氨抑制,進而提高厭氧發(fā)酵性能;豐富了對生物強化作用機理的認識,為生物強化技術在厭氧發(fā)酵中的應用提供了實驗及理論基礎,推進了其實用化進程。
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S216.4;Q93

【參考文獻】

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本文編號：1330491