沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系厭氧發(fā)酵特性及微生物群落結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、厭氧發(fā)酵技術(shù)是農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物資源化處理的有效途徑。目前，利用有機(jī)廢棄物厭氧消化產(chǎn)甲烷技術(shù)已得到部分地區(qū)應(yīng)用和推廣，但是關(guān)于厭氧發(fā)酵微生物的研究較少，且受溫度的影響，厭氧發(fā)酵工藝的產(chǎn)氣效能及運(yùn)行穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提高。因此，本研究篩選了高效穩(wěn)定的沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系，且對(duì)其培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)針對(duì)沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系的厭氧發(fā)酵特點(diǎn)考察其在兩段式厭氧發(fā)酵過程中的產(chǎn)氣效能及對(duì)溫度變化的響應(yīng)關(guān)系，并通過高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性進(jìn)行分析，

2、從而為農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物兩段式厭氧消化工藝的高效產(chǎn)氣及穩(wěn)定運(yùn)行提供生物學(xué)依據(jù)。
　　通過連續(xù)傳代培養(yǎng)，獲得一組高效產(chǎn)氣的沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系，利用單因素和正交實(shí)驗(yàn)對(duì)沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系的培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化，最終確定沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系的最優(yōu)培養(yǎng)條件為：底物濃度（TS）為12％，C/N為27:1，pH為7.0。
　　沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系兩段式厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷特性的研究表明，接種沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系對(duì)產(chǎn)酸相產(chǎn)氣效率無顯著影響，但可有效提高系統(tǒng)的產(chǎn)酸發(fā)酵速率

3、，且復(fù)合菌系對(duì)有機(jī)物代謝分解能力受溫度變化的影響，隨著溫度的降低，產(chǎn)酸相的sCOD濃度和VFA濃度均逐漸下降。而接種沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系可有效提高產(chǎn)甲烷相的產(chǎn)氣效能，與對(duì)照組相比，周期累積產(chǎn)氣量提高了51.2%，達(dá)到產(chǎn)氣穩(wěn)定期的時(shí)間縮短了10d。在產(chǎn)甲烷相梯度降溫發(fā)酵過程中，復(fù)合菌系的沼氣產(chǎn)量、容積產(chǎn)氣率和TS產(chǎn)氣率均呈下降趨勢(shì)，且產(chǎn)氣量隨溫度的降低擾動(dòng)更加劇烈。在30℃穩(wěn)定運(yùn)行期產(chǎn)氣量高達(dá)3900mL/d，在25℃、23℃、20℃各溫度梯

4、度穩(wěn)定運(yùn)行期產(chǎn)氣量分別降低了33.6%、47.2%和69.4%。
　　通過Miseq高通量測(cè)序?qū)啥问絽捬醢l(fā)酵系統(tǒng)的微生物群落結(jié)構(gòu)分析表明，產(chǎn)酸相35℃穩(wěn)定運(yùn)行期和產(chǎn)甲烷相30℃穩(wěn)定運(yùn)行期微生物多樣性與其他溫度時(shí)期相比均相對(duì)較高。產(chǎn)酸相35℃、30℃和25℃穩(wěn)定運(yùn)行期的優(yōu)勢(shì)菌群為梭菌綱（Clostridia）和擬桿菌綱（Bacteroidia）；20℃時(shí)的優(yōu)勢(shì)菌群為芽孢桿菌綱（Bacilli）和γ-變形菌綱（Gammaproteo

5、bacteria）。產(chǎn)甲烷相梯度降溫發(fā)酵過程中，在30℃和25℃條件下，細(xì)菌類群相對(duì)豐度較高，但無絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌群；在23℃穩(wěn)定運(yùn)行期芽孢桿菌綱（Bacilli）和γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）成為優(yōu)勢(shì)菌群；而20℃穩(wěn)定運(yùn)行期優(yōu)勢(shì)菌群則轉(zhuǎn)變?yōu)閿M桿菌綱（Bacteroidia）和梭菌綱（Clostridia）。產(chǎn)甲烷相不同溫度穩(wěn)定運(yùn)行期的產(chǎn)甲烷菌群主要為廣古菌門（Euryarchaeota）和未確定分類地位的古菌，未確

6、定分類地位和代謝功能的古菌占很大比例。
　　由微生物群落結(jié)構(gòu)與溫度變化的響應(yīng)關(guān)系研究可知，產(chǎn)酸相在中溫條件下群落結(jié)構(gòu)多樣性較高，由 Clostridium sp.、Unclassified Sybergistaceae和Unclassified Bacteroidales構(gòu)成主要的功能微生物類群。產(chǎn)甲烷相在中溫條件下由Unclassified Chloroflexi、Unclassified Anerolineaceae和Prot