秸秆粪便混合原料发酵产沼气及厌氧微生态分子解析

【摘要】：通过500mL厌氧发酵瓶进行玉米秸秆和猪粪原料添加比例配比试验，结果表明，当玉米秸秆和猪粪添加比例为1：1时，沼气中累计甲烷产量最高。采用10L的厌氧发酵装置，以玉米秸秆和猪粪进行混合发酵，并以单一玉米秸秆发酵和单一猪粪发酵作为对照，研究玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气特性。结果表明：玉米秸秆和猪粪混合发酵可以加快玉米秸秆产气并可大幅度提高玉米秸秆产气量，试验组最高日产沼气量分别比单一玉米秸秆组、单一猪粪组提高47.36%和32.22%；前13天的累计产沼气量分别提高66.33%和28.25%；实验组的甲烷含量和挥发性脂肪酸均与单一猪粪组相似，均高于单一玉米秸秆组；各组的pH均在8.20左右；相关性分析表明，原料中含秸秆发酵系统的挥发性有机酸（VFA）与日产沼气量间呈极显著性高度正相关（P0.01）。采用PCR-DGGE和核酸测序技术，通过对发酵系统主要类群微生物的分子生物学解析，发现了在以不同原料的沼气发酵系统中，古菌群落结构及其不同种群在发酵过程中的变化存在差异。一种未培养的广域古菌在以纯秸秆为原料的发酵系统中一直稳定存在，而在添加有粪便的系统中却在发酵的中后期逐渐降低至消失。不同系统在发酵过程也有菌群存在相似的变化情况，一种甲烷粒菌属的古菌都随着发酵的进行而在群落中逐渐成为优势种群。古菌群落结构的稳定有利于沼气发酵系统中甲烷的稳定产生。细菌群落结构变化较古菌不明显。但在厌氧系统的发酵进程中，不同时期细菌群落组成结构上也发生着较大变化，随着发酵的进行，所有系统的与拟杆菌相似的细菌逐渐成为该群落的优势种群；而在沼气发酵系统中，真菌群落结构相对简单，真菌中的曲霉菌和赤霉菌稳定存在。提出了在启动期时，可以考虑适当增加秸秆原料在总原料中所占比例，之后增加粪便的比例，这样既可以缩短启动时间，也可获得更好的产气效果。 【关键词】：甲烷 聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳 秸秆 混合发酵消化 沼气厌氧发酵 挥发性脂肪酸
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.4;X71
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-5
• 目录5-6
• 第1章 沼气厌氧发酵背景6-17
• 1.1. 引言6
• 1.2. 沼气厌氧发酵微生物和过程6-8
• 1.3. 厌氧发酵进展及工艺8-10
• 1.4. 分子生物技术与微生态解析10-13
• 1.5. 沼气发酵及产甲烷菌研究的意义13-14
• 1.6. 本论文的研究意义及主要工作14-15
• 研究方法技术路线15-17
• 第2章 沼气厌氧发酵17-31
• 2.1. 材料与方法17-20
• 2.1.1. 材料、试验装置和试剂17-18
• 2.1.2. 试验设计及方法18-20
• 2.2. 结果分析讨论20-30
• 2.2.1. 配比发酵试验20-22
• 2.2.2. 放大发酵试验22-30
• 2.3. 小结30-31
• 第3章 沼气系统微生态解析31-50
• 3.1. 材料与方法31-36
• 3.1.1. 材料、试剂和试验装置31-32
• 3.1.2. 试验设计及方法32-36
• 3.2. 结果分析与讨论36-49
• 3.2.1. 沼泥及富集物基因组 DNA 的提取36
• 3.2.2. 沼气厌氧发酵古菌群落多样性解析36-41
• 3.2.3. 沼气厌氧发酵细菌群落多样性解析41-45
• 3.2.4. 沼气厌氧发酵真菌群落多样性解析45-49
• 3.3. 小结49-50
• 第4章 结论展望50-51
• 参考文献51-58
• 攻读学位期间发表文章58-61
• 致谢61

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