添加尿素對模擬發(fā)酵罐中沼氣發(fā)酵的影響.pdf

1、目前,沼氣發(fā)酵已經(jīng)是一項(xiàng)發(fā)展比較成熟的技術(shù),但其存在的一些問題仍沒有完全解決,如沼氣產(chǎn)量不高、沼氣中甲烷含量較低、發(fā)酵啟動緩慢等,這些問題在農(nóng)村沼氣應(yīng)用中表現(xiàn)尤為突出。為了解決這些問題,專家學(xué)者們進(jìn)行了多方面的研究,往發(fā)酵系統(tǒng)中添加外源物質(zhì)是其中的一個(gè)方向。有研究指出產(chǎn)甲烷菌只能利用銨態(tài)氮,而難以利用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)氮化物。尿素是一種容易水解成銨態(tài)氮的化合物,本研究通過往發(fā)酵系統(tǒng)中添加尿素,以研究尿素對發(fā)酵過程中微生物群落的變化規(guī)律及對沼

2、氣產(chǎn)量的影響,對沼氣技術(shù)的深入研究和更有效利用具有一定的意義。
　　 本研究在實(shí)驗(yàn)室條件下組建模擬沼氣發(fā)酵罐,并用于研究發(fā)酵液中添加尿素對沼氣發(fā)酵的影響。發(fā)酵采用批量式發(fā)酵工藝,發(fā)酵原料為新鮮牛糞,在常溫下發(fā)酵罐穩(wěn)定運(yùn)行了45天。研究結(jié)果表明,與不添加尿素的對照組相比,添加1000 mg/L的尿素可以有效提高沼氣發(fā)酵基質(zhì)的利用率,并提高沼氣中甲烷含量,該系統(tǒng)中發(fā)酵原料總固體(Total Solid,TS)消耗率提高1.79％,揮

3、發(fā)性固體(Volatile Solid,VS)消耗率提高4.36％,甲烷產(chǎn)量提高8.4％;添加3000mg/L尿素使發(fā)酵原料TS消耗率降低1.59％,但是VS消耗率提高2.28％,產(chǎn)甲烷量提高5.4％;添加5000mg/L尿素則會對發(fā)酵原料的利用產(chǎn)生抑制效果,TS、VS消耗率分別降低3.04％、3.72％,甲烷產(chǎn)量降低4.2％。
　　 利用變性梯度凝膠電泳技術(shù)(DGGE)對發(fā)酵過程中的微生物群落多樣性進(jìn)行了分析。從細(xì)菌的DGGE

4、圖譜和圖譜的聚類分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),添加尿素之后,發(fā)酵系統(tǒng)中的微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性都發(fā)生了變化,而且添加的尿素濃度越大,細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性與對照組的差異性越大。在發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā)揮作用的細(xì)菌主要屬于擬桿菌、厚壁菌、螺旋菌,其中很多和未培養(yǎng)細(xì)菌具有較高的相似性。添加1000 mg/L和3000 mg/L濃度的尿素對增加發(fā)酵系統(tǒng)中細(xì)菌的多樣性有一定的作用,但激活的細(xì)菌類別沒有種屬偏向性,既有擬桿菌,也有厚壁菌。分析發(fā)現(xiàn),各實(shí)驗(yàn)組樣品DNA經(jīng)過

5、DGGE分離出的古細(xì)菌條帶數(shù)量較少,說明發(fā)酵系統(tǒng)中的古細(xì)菌多樣性較低,但是所分離出的條帶亮度都較深,說明發(fā)酵系統(tǒng)中所存在的古細(xì)菌豐富度較高。隨著尿素濃度的增大,古細(xì)菌多樣性越豐富。添加尿素之后,產(chǎn)甲烷菌中的甲烷微菌和甲烷八疊球菌活性增強(qiáng),繁殖較多,種群豐富度增加。
　　 隨著對沼氣發(fā)酵過程及其外源添加物的研究,進(jìn)一步揭示沼氣發(fā)酵微生物的作用機(jī)理及變化規(guī)律,改善和優(yōu)化發(fā)酵工藝,促進(jìn)發(fā)酵系統(tǒng)微生物的活性和代謝,提高發(fā)酵各階段的作用效