沼氣發(fā)酵的物料理化特性及微生物群落多樣性分析.pdf

1、本論文通過(guò)研究沼氣發(fā)酵過(guò)程中的物料變化，利用變性梯度凝膠電泳技術(shù)（DGGE）對(duì)沼氣發(fā)酵過(guò)程不同時(shí)期的微生物群落演替及其多樣性進(jìn)行分析，對(duì)我們深入研究和闡述沼氣發(fā)酵過(guò)程中的微生物群落的變化規(guī)律、微生物群落的功能打下基礎(chǔ)，并為提高沼氣能源的利用率提供可靠的科學(xué)理論依據(jù)。
　　 我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中分別建立了三個(gè)牛糞和三個(gè)豬糞沼氣發(fā)酵模擬裝置，發(fā)酵罐有效容積均為4000 mL，采用批量式常溫發(fā)酵工藝。以牛糞和豬糞為原料的發(fā)酵罐的初始發(fā)酵料液

2、pH值分別為6.7和7.0，發(fā)酵液起始總固體濃度分別為59.03g/L、92.62g/L。沼氣發(fā)酵模擬裝置投料上罐后，常溫下成功發(fā)酵3個(gè)多月，持續(xù)產(chǎn)氣約100天。我們對(duì)發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵液的pH值、總固體含量（TS）、揮發(fā)性固體含量（VS）、總碳含量（TC）和總氮含量（TN）的變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并分析了產(chǎn)甲烷的規(guī)律。結(jié)果表明：整個(gè)發(fā)酵過(guò)程大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：發(fā)酵啟動(dòng)期、發(fā)酵穩(wěn)定期和發(fā)酵結(jié)束期。發(fā)酵過(guò)程的pH值變化在6.4～7.2之間；牛糞發(fā)酵

3、三個(gè)罐的產(chǎn)氣率分別為0.285 L CH4 g-1VS、0.291 L CH4 g-1 VS和0.282 L CH4 g-1 VS；豬糞發(fā)酵三個(gè)罐的產(chǎn)氣率分別為0.197 L CH4 g-1 VS、0.193 L CH4 g-1 VS和0.213 L CH4 g-1 VS。整個(gè)發(fā)酵前后的總固體含量（TS）、揮發(fā)性固體含量（VS）、總碳含量（TC）、總氮含量（TN）和碳氮比（C/N）都下降。
　　 利用變性梯度凝膠電泳技術(shù)（DGG

4、E），對(duì)豬糞沼氣發(fā)酵過(guò)程中的細(xì)菌和古細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性變化進(jìn)行了深入的研究。變性梯度凝膠電泳結(jié)果表明，發(fā)酵啟動(dòng)期、發(fā)酵穩(wěn)定期和發(fā)酵結(jié)束期的細(xì)菌DGGE條帶多樣性完全不同。整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，有些優(yōu)勢(shì)條帶隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)為亮度增強(qiáng)，相反有些則減弱，這個(gè)結(jié)果體現(xiàn)出了細(xì)菌結(jié)構(gòu)和多樣性的變化。DGGE條帶回收后進(jìn)行測(cè)序分析，構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，分析沼氣發(fā)酵過(guò)程各個(gè)時(shí)期的細(xì)菌和古細(xì)菌的變化規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程中所檢測(cè)到的微生物與未培養(yǎng)細(xì)菌

5、有較高的同源性。整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)類(lèi)群為Firmicutes、Bacteroidetes和Proteobacteria，其中Firmicutes主要屬于Bacilli和Clostridia兩個(gè)屬，另外還檢測(cè)到了Spirochaetes的活性，這些菌群在發(fā)酵過(guò)程中起到了重要的作用。在古細(xì)菌方面，檢測(cè)到的產(chǎn)甲烷菌主要為甲烷微菌綱和甲烷桿菌綱，其中以Methanosaetaceae為優(yōu)勢(shì)群落，此外則是Methanosarcinales