本文關(guān)鍵詞：丙酸產(chǎn)甲烷菌系的馴化過程及生物強(qiáng)化作用研究　出處：《中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：即能處理有機(jī)廢棄物又可產(chǎn)生清潔能源的沼氣發(fā)酵技術(shù)在我國(guó)得到了較快的發(fā)展,然而該技術(shù)存在低濃度發(fā)酵經(jīng)濟(jì)性差,高濃度發(fā)酵運(yùn)行不穩(wěn)定的問題。在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高濃度厭氧發(fā)酵進(jìn)程中,揮發(fā)性脂肪酸累積導(dǎo)致的產(chǎn)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(biāo)去除物,構(gòu)建丙酸產(chǎn)甲烷菌系(含有互營(yíng)丙酸氧化菌群、氫型產(chǎn)甲烷菌群及乙酸裂解產(chǎn)甲烷菌群),對(duì)丙酸氧化為乙酸,乙酸產(chǎn)甲烷及H2+CO2產(chǎn)甲烷三個(gè)代謝步驟進(jìn)行整體的生物強(qiáng)化,探討解除酸抑制的生物強(qiáng)化模式,分析評(píng)價(jià)生物強(qiáng)化作用效果,并從微生物群落結(jié)構(gòu)演替、微生物網(wǎng)絡(luò)關(guān)系及基因功能差異等方面揭示生物強(qiáng)化作用機(jī)理,得出的主要結(jié)論如下:經(jīng)長(zhǎng)期馴化獲得了多種功能的丙酸產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)甲烷菌群,該菌群的優(yōu)勢(shì)功能菌為丙酸氧化菌Syntrophobacter及產(chǎn)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(chǎn)氣的耐酸丙酸產(chǎn)甲烷菌群,其群落組成為丙酸氧化菌Smithella、Syntrophobacter、Pelotomaculum辦Syntrophomonas 及產(chǎn)甲烷菌群 Methanothrix、Methanolinea、Methanospirillhm。證實(shí)了丙酸產(chǎn)甲烷菌群的生物強(qiáng)化作用:丙酸產(chǎn)甲烷菌群可提高厭氧發(fā)酵的有機(jī)負(fù)荷2倍,平均甲烷含量、容積產(chǎn)甲烷率、VS產(chǎn)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(chǎn)甲烷菌群可促進(jìn)酸敗恢復(fù),在一周內(nèi)恢復(fù)發(fā)酵系統(tǒng)的初始產(chǎn)氣水平,且生物強(qiáng)化后容積產(chǎn)氣量比生物強(qiáng)化前提高30-35%;丙酸產(chǎn)甲烷菌群可緩解3.0gN L-1的氨氮抑制,1倍劑量(0.3g細(xì)胞干重L-1d-1)的生物強(qiáng)化可以防止失穩(wěn)的發(fā)酵體系進(jìn)一步惡化,在丙酸濃度為8500mgL-1，，乙酸濃度為3000mgL-1，容積產(chǎn)甲烷量低于0.001L L-1 d-1時(shí),2倍劑量的生物強(qiáng)化可有效地促進(jìn)發(fā)酵體系恢復(fù)產(chǎn)氣,生物強(qiáng)化后,平均容積甲烷產(chǎn)量、甲烷轉(zhuǎn)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(qiáng)化作用機(jī)理:生物強(qiáng)化可調(diào)整微生物群落結(jié)構(gòu),提高有益功能菌群的生物量,利用高濃度丙酸產(chǎn)甲烷菌群進(jìn)行生物強(qiáng)化時(shí),提高了被強(qiáng)化發(fā)酵體系中的產(chǎn)甲烷菌Methanothrix、丙酸氧化菌Syntrophobacter氨基酸降解菌Aminivibrio、發(fā)酵細(xì)菌Pelolinea、Proteiniphilum的生物量:利用耐酸丙酸產(chǎn)甲烷菌群進(jìn)行生物強(qiáng)化時(shí)提高乙酸型產(chǎn)甲烷菌Methanothrix及氫型產(chǎn)甲烷菌的Methanolinea的相對(duì)豐度。此外,在基因水平上,生物強(qiáng)化增強(qiáng)了微生物參與膜運(yùn)輸及細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的基因功能。本文提供了強(qiáng)化揮發(fā)性脂肪酸降解并提高產(chǎn)甲烷的生物強(qiáng)化菌群的馴化方法及不同功能的菌劑;證實(shí)了丙酸產(chǎn)甲烷菌群可解除酸抑制、促進(jìn)酸敗恢復(fù)及緩解氨抑制,進(jìn)而提高厭氧發(fā)酵性能;豐富了對(duì)生物強(qiáng)化作用機(jī)理的認(rèn)識(shí),為生物強(qiáng)化技術(shù)在厭氧發(fā)酵中的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)及理論基礎(chǔ),推進(jìn)了其實(shí)用化進(jìn)程。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S216.4;Q93

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1330491