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《西北农林科技大学》 2018年
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小麦秸秆与猪粪混合物料厌氧发酵特征及微生物调控机制研讨

毛春兰  
【摘要】:为提醒秸秆与畜禽粪便混合物料厌氧发酵体系在不同发酵工艺下的呼应机理,探求厌氧发酵特征及要害功用微生物,剖析发酵进程微生物对环境条件的呼应及其群落结构改动与演替的要害驱动因子,本研讨以小麦秸秆和猪粪的混合物料为发酵底物,以不同磁铁粉增加量、不同浓度氨水预处理小麦秸秆和不同发酵温度下的厌氧发酵体系为研讨目标,剖析了发酵进程特性、动力学特征、C、N、P含量及化学计量比、要害酶活性和微生物群落结构等的改动,以及发酵特征对发酵工艺的呼应,研讨了发酵条件对发酵及其微生物特征的影响机理。研讨取得以下首要定论:(1)发酵工艺对发酵进程产气功率、体系自我缓冲才能和稳定性影响显着,以55℃高温的影响最显着。单一发酵工艺下,增加3.0g磁铁粉时,有用进步了体系缓冲才能和稳定性,促进了底物的甲烷转化。55℃高温发酵易形成中心产品的按捺体系的按捺,按捺因子为VFA;互作工艺加强了中心产品对发酵进程的按捺,体现为高的中心产品浓度、低的体系稳定性很和产气功率,按捺因子为氨态氮和VFA。发酵条件对发酵体系的影响体现为经过直接影响发酵体系微生物生态环境影响终究的产气量。(2)发酵进程的产气动力学参数能够猜测发酵产气潜力和发酵周期,然后能够有意图的调控发酵进程。增加3.0g磁铁粉显着进步了产气潜力,促进了发酵体系的发动,缩短了发酵周期;10%氨水预处理小麦秸秆有助于进步产气潜力,可是延长了发酵周期;55℃高温发酵易形成发酵进程的不可逆按捺。这些定论与研讨结果的估测共同。高的阻滞时刻和低的有用产气时刻表明晰发酵进程按捺的不可逆;低的阻滞时刻和低的有用产气时刻阐明晰高的产气功率,即有机物的甲烷转化率;高的阻滞时刻和高的有用产气时刻则表明晰较低的产气速率和长的发酵周期。(3)发酵工艺显着影响了发酵体系中C、N、P素的降解和适合发酵的C:N、C:P和N:P阈值。各发酵工艺均促进了发酵体系中C、N、P素的生物降解以及P的沉降,特别以高温55℃和互作发酵工艺最显着。因而,跟着发酵的进行,N含量逐步上升,C、P含量快速下降。C:N逐步下降,C:P和N:P逐步升高,可是因为中心产品的按捺作用加强,在高温55℃和互作发酵工艺使得适合发酵的C:N、C:P和N:P阈值减小。不同发酵工艺、不同发酵时刻,其阈值不同。因而,能够经过使用简略的C:N、C:P、N:P来点评发酵体系的运转性状况,一起,能够有针对性地进行发酵进程的调控。(4)各发酵工艺下,酶活性体现出类似的改动趋势,但对不同工艺的呼应不同。脲酶、乙酸激酶和辅酶F_(420)活性逐步下降,碱性磷酸酶活性逐步升高。10%氨水预处理小麦秸秆进步了脲酶、乙酸激酶和辅酶F_(420)活性,增加3.0g磁铁粉进步了碱性磷酸活性。互作工艺下,同一酶活性的改动趋于共同,发酵进程脲酶、碱性磷酸酶和乙酸激酶等水解酶的活性进步;在发酵前期进步辅酶F_(420)的活性,发酵后期按捺辅酶F_(420)的活性。(5)微生物群落特征、功用微生物菌群在不同的发酵工艺、发酵时刻体现不同。微生物活性和多样性在增加3.0g磁铁粉、增加3.0g磁铁粉与10%氨水预处理小麦秸秆互作时较高;55℃高温以及与其它条件的互作下降了微生物群落的丰度和多样性,群落结构在55℃高温单一发酵工艺下发作显着的时刻序列上的改动与演替,在55℃高温与其它条件的互作工艺下,发作显着的发酵工艺差异上的改动与演替,一起进步了单种微生物的相对丰度。各发酵工艺下,产甲烷菌群落的功用菌群为甲烷囊菌属(Methanoculleus)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter),发酵进程中首要产甲烷群落的结构体现为嗜氢微生物群落向嗜乙酸微生物群落的改动;细菌的功用菌群为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、螺旋体门(Spirochaetes)、变形菌门(Proteobacteria)。(6)各发酵工艺下,C是起要害作用的特征要素;发酵进程微生物群落结构改动、演替的驱动因子不同,要害因子为C:N。C是发酵体系首要的影响要素,经过直接影响VFA而直接影响体系的自我缓冲才能、稳定性和P的搬迁与转化以及C:P和N:P;pH值为酶活性和P的搬迁与转化的首要影响要素。不同发酵工艺下,微生物群落结构改动与演替的驱动因子不同。产甲烷菌群落结构改动的首要环境驱动因子在单一发酵工艺下为C:N、N:P、脲酶,互作工艺下为C:N、脲酶、辅酶F_(420)。细菌群落结构改动的首要环境驱动因子在单一发酵工艺下为C:N、脲酶、乙酸激酶,互作工艺下为C:N、脲酶、辅酶F_(420)。阐明不同发酵条件下的发酵进程要害指示因子不同,在实践使用中,能够使用简略的进程理化目标来反响杂乱的厌氧体系的运转状况及微生物特征,然后到达更有针对地调控发酵进程的意图。
【学位颁发单位】:西北农林科技大学
【学位等级】:博士
【学位颁发年份】:2018
【分类号】:S216.4

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