不同C-N物料連續(xù)厭氧發(fā)酵特性及菌群結(jié)構(gòu)變化的研究.pdf

1、為了解析不同C/N物料的連續(xù)厭氧發(fā)酵特性及菌群結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，本文以豬糞、金針菇菌包、稻稈和甘蔗葉為物料，分別進(jìn)行批次厭氧發(fā)酵和連續(xù)厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，分析不同C/N物料連續(xù)厭氧發(fā)酵特性，并采用PCR-DGGE技術(shù)解析不同C/N物料連續(xù)厭氧發(fā)酵過程中的菌群結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。本研究主要結(jié)果如下：
　?。?）采用瑞典BioProcess公司研發(fā)的全自動甲烷潛力測試系統(tǒng)（AMPTS Ⅱ）對四種物料進(jìn)行批次厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷潛力實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，豬糞、金針

2、菇菌包、稻稈和甘蔗葉均具有一定的產(chǎn)甲烷能力，且其產(chǎn)甲烷潛力值分別為387.4.2±8.6、210.2±12.0、269.0±8.8和152.4±16.7mL/（gVS），物料的產(chǎn)甲烷能力與物料種類、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)組成等因素有關(guān)；四種物料日產(chǎn)甲烷速率曲線總體趨勢相近，在短時(shí)間內(nèi)均達(dá)到產(chǎn)甲烷峰值，隨后逐漸回落至產(chǎn)甲烷終點(diǎn)，但不同物料日產(chǎn)甲烷量的出峰時(shí)間不同，甘蔗葉、稻稈、豬糞和金針菇菌包的出峰時(shí)間分別在第2、4、5和5天，其當(dāng)日產(chǎn)甲烷量分別

3、為76.3、130.8、279.5和137.8mL，而且四種物料能夠在較短時(shí)間內(nèi)被分解，并獲得90%左右的甲烷產(chǎn)量。
　?。?）四種物料分別在有機(jī)負(fù)荷率（Organic loading rate,OLR）分別為1.11、1.67、2.22和2.78gVS/(L·d)，水力停留時(shí)間30d的條件下，進(jìn)行連續(xù)厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，四種物料的日產(chǎn)甲烷量隨OLR遞增而增加。富含氮的豬糞日產(chǎn)甲烷量最高，對OLR遞增響應(yīng)迅速，但細(xì)菌和古細(xì)菌多

4、樣性指數(shù)隨著OLR遞增而減低，單位物料產(chǎn)甲烷速率下降。金針菇菌包含有最適合微生物生長的C/N（約24:1），理化性質(zhì)較穩(wěn)定，其細(xì)菌和古細(xì)菌多樣性指數(shù)隨著OLR的遞增而增加，單位物料的產(chǎn)甲烷速率相對穩(wěn)定，保持在140mL/（gVS）左右。甘蔗葉和稻稈是富含C的物料，其細(xì)菌和古細(xì)菌多樣性指數(shù)開始隨著OLR的遞增而增加，但在OLR為2.78gVS/(L·d)時(shí)，細(xì)菌和古細(xì)菌被抑制，多樣性指數(shù)減低，單位物料產(chǎn)甲烷速率出現(xiàn)了下降趨勢。
　　

5、（3）在上述連續(xù)厭氧發(fā)酵條件下，PCR-DGGE技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)不同C/N物料對菌群結(jié)構(gòu)變化及優(yōu)勢菌產(chǎn)生了較大影響。在鑒定的優(yōu)勢細(xì)菌中，除擬桿菌屬（Bacteroides）、羧酸利用桿菌屬（Carboxylicivirga）、密螺旋體屬（Treponema）和梭菌屬（Clostridium）等7株優(yōu)勢細(xì)菌為四種物料共有外，其他優(yōu)勢細(xì)菌均受物料C/N特性的影響?；I單胞菌科（Dethiosulfovibrio salsuginis）適宜中度堿

6、性生長，降解脂肪產(chǎn)酸，是豬糞連續(xù)厭氧發(fā)酵過程中獨(dú)有的優(yōu)勢菌；普雷沃菌屬（Proteiniphilum acetatigenes）可降解蛋白產(chǎn)生乙酸，是金針菇菌包和甘蔗葉連續(xù)厭氧發(fā)酵過程中的優(yōu)勢菌；解纖維素醋弧菌（Acetivibrio cellulolyticus）可降解纖維素產(chǎn)酸，并對酸性環(huán)境有較好的耐受和調(diào)節(jié)能力，也是甘蔗葉和金針菇菌包連續(xù)厭氧發(fā)酵過程中的優(yōu)勢菌。鑒定的優(yōu)勢古細(xì)菌主要包括乙酸營養(yǎng)型、氫營養(yǎng)型以及甲基營養(yǎng)型等三類產(chǎn)甲烷

7、古菌。除來自甲烷擬桿菌屬（Methanobacteriu）、甲烷熱球菌屬（Methanothermococcus）以及Methanomassiliicoccus luminyensis等7株優(yōu)勢古菌在四種物料中均有發(fā)現(xiàn)外；其余優(yōu)勢菌與物料C/N特性有關(guān)，其中氫營養(yǎng)型甲烷球菌屬（Methanococcus maripaludis）、氫營養(yǎng)型甲烷短桿菌屬（Methanobrevibacter smithii）、氫營養(yǎng)型甲烷囊菌屬（Metha

8、noculleus hydrogenitrophicus）、氫營養(yǎng)型甲烷螺菌屬（Methanospirillum hungatei）和乙酸營養(yǎng)型甲烷鬢菌屬（Methanosaeta concilii）在富含纖維物料（金針菇菌包、甘蔗葉和稻稈）的發(fā)酵過程中均有發(fā)現(xiàn)，其中Methanospirillum hungatei為稻稈連續(xù)厭氧發(fā)酵過程中的獨(dú)有優(yōu)勢古菌；甲基營養(yǎng)型甲烷葉菌屬（Methanolobuszinderi）是在豬糞厭氧發(fā)酵過程