牲畜糞便暗發(fā)酵產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷過程中參數(shù)優(yōu)化及其微生物群落特性.pdf

1、近年來，隨著我國畜牧業(yè)的集約型發(fā)展，禽畜糞便的處理問題不容忽視。厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷技術(shù)已成為人們處理纖維素類有機物的一條有效途徑，在此過程中不但獲取了清潔能源，而且還解決了有機廢棄物所引起的環(huán)境問題，具有能源和環(huán)境的雙重意義。但以新鮮牛糞為底物產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷兩步發(fā)酵技術(shù)的研究卻鮮有報道。本論文嘗試以新鮮牛糞作為牲畜糞便的模型物構(gòu)建了產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷兩步發(fā)酵體系。首先對新鮮牛糞發(fā)酵產(chǎn)氫參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并在單因素的基礎(chǔ)上應(yīng)用響應(yīng)面分析法對發(fā)酵產(chǎn)氫

2、體系進(jìn)行中心組合實驗，確定污泥利用新鮮牛糞發(fā)酵產(chǎn)氫的最佳條件。對新鮮牛糞產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷兩步發(fā)酵系統(tǒng)和一步產(chǎn)甲烷系統(tǒng)在氣體產(chǎn)量、能源回收率和底物成分等方面性能進(jìn)行對比，并從分子生物學(xué)角度對發(fā)酵過程中不同階段的群落特征進(jìn)行分析，具體的研究結(jié)果如下：
　　1.馴化得到了能夠直接利用微晶纖維素的產(chǎn)氫菌。高通量測序結(jié)果表明厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門(Actinobacteria)和變形菌

3、門（Proteobacteria）為其中的優(yōu)勢菌群。
　　2.分別考察了接種菌源、初始pH值、鐵粉添加量、生物強化劑用量及C/N比對新鮮牛糞發(fā)酵產(chǎn)氫的影響。結(jié)果表明，在污泥為接種菌源、初始pH5.0、鐵粉添加量600mg/L、生物強化劑用量8％及 C/N比24時獲得最大產(chǎn)氫量和氫濃度分別為55.19mL/g-TVS和31.4%。采用Box-Benhnken試驗設(shè)計及響應(yīng)面法對氫發(fā)酵的重要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明，當(dāng)初始 pH值為5

4、.95，C/N比為25.2和生物強化劑添加量為8.32%時，最大的理論產(chǎn)氫量為59.94 mL/g-TVS，實際產(chǎn)氫量為59mL/g-TVS。高通量測序和變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）技術(shù)測試結(jié)果表明生物強化劑處理的樣品呈現(xiàn)生物多樣性，其中梭菌Clostridium sp.的數(shù)量顯著增加。
　　3．考察并優(yōu)化了新鮮牛糞兩階段發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣-甲烷的過程參數(shù)，在最佳條件下得到氫氣和甲烷的最大產(chǎn)量分別為59.85mL H2/g-TV

5、S和447.3mL CH4/g-TVS。C/N比重要的影響牛糞厭氧消化階段甲烷的產(chǎn)量，與對照樣相比，甲烷產(chǎn)量從93ml CH4/g-TVS增加至223.9 mL CH4/g-TVS。通過兩階段發(fā)酵，廢水COD去除率和總的能源回收率分別達(dá)到78%和44.06%，比單獨厭氧消化階段分別提高了13.42%和10.7%。
　　4.高通量測序和PCR-DGGE技術(shù)的測試結(jié)果表明：在新鮮牛糞氫發(fā)酵階段，氫發(fā)酵介質(zhì)中隨著發(fā)酵時間的增加，發(fā)酵液中