沼气发酵复合菌系厌氧发酵特性及微生物群落结构分析

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1、硕士学位论文沼气发酵复合菌系厌氧发酵特性及微生物群落结构分析METHANE-PRODUCINGCOMPOSITESTRAINSANAEROBICDIGESTIONANDMICROBIALCOMMUNITYSTRUCTUREANALYSIS麻微微哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：X705学校代码：10213国际图书分类号：628.4密级：公开理学硕士学位论文沼气发酵复合菌系厌氧发酵特性及微生物群落结构分析硕士研究生：麻微微导师：岳秀丽副教授申请学位：理学硕士学科：微生物学所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学C

2、lassifiedIndex:X705U.D.C:628.4DissertationfortheMasterofScienceMETHANE-PRODUCINGCOMPOSITESTRAINSANAEROBICDIGESTIONANDMICROBIALCOMMUNITYSTRUCTUREANALYSISCandidate：MaWeiweiSupervisor：Prof.YueXiuliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：MicrobiologyAffiliation：SchoolofMunic

3、i.&Envir.Eng.DateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士研究生毕业论文摘要厌氧发酵技术是农业有机废弃物资源化处理的有效途径。目前，利用有机废弃物厌氧消化产甲烷技术已得到部分地区应用和推广，但是关于厌氧发酵微生物的研究较少，且受温度的影响，厌氧发酵工艺的产气效能及运行稳定性还有待进一步提高。因此，本研究筛选了高效稳定的沼气发酵复合菌系，且对其培养条件进行优化，同时针对沼气发酵复合菌系的厌氧发酵特点考察其在两段式厌氧

4、发酵过程中的产气效能及对温度变化的响应关系，并通过高通量测序技术对微生物群落结构及多样性进行分析，从而为农业有机废弃物两段式厌氧消化工艺的高效产气及稳定运行提供生物学依据。通过连续传代培养，获得一组高效产气的沼气发酵复合菌系，利用单因素和正交实验对沼气发酵复合菌系的培养条件进行优化，最终确定沼气发酵复合菌系的最优培养条件为：底物浓度（TS）为12%，C/N为27:1，pH为7.0。沼气发酵复合菌系两段式厌氧发酵产甲烷特性的研究表明，接种沼气发酵复合菌系对产酸相产气效率无显著影响，但可有效提高系统的产酸发酵速率，且复合菌系对有机物代谢分解能力受温度变化的影响，

5、随着温度的降低，产酸相的sCOD浓度和VFA浓度均逐渐下降。而接种沼气发酵复合菌系可有效提高产甲烷相的产气效能，与对照组相比，周期累积产气量提高了51.2%，达到产气稳定期的时间缩短了10d。在产甲烷相梯度降温发酵过程中，复合菌系的沼气产量、容积产气率和TS产气率均呈下降趋势，且产气量随温度的降低扰动更加剧烈。在30°C稳定运行期产气量高达3900mL/d，在25°C、23°C、20°C各温度梯度稳定运行期产气量分别降低了33.6%、47.2%和69.4%。通过Miseq高通量测序对两段式厌氧发酵系统的微生物群落结构分析表明，产酸相35°C稳定运行期和产甲烷

6、相30°C稳定运行期微生物多样性与其他温度时期相比均相对较高。产酸相35°C、30°C和25°C稳定运行期的优势菌群为梭菌纲（Clostridia）和拟杆菌纲（Bacteroidia）；20°C时的优势菌群为芽孢杆菌纲（Bacilli）和γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）。产甲烷相梯度降温发酵过程中，在30°C和25°C条件下，细菌类群相对丰度较高，但无绝对优势菌群；在23°C稳定运行期芽孢杆菌纲（Bacilli）和γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）成为优势菌群；而20°C稳定运行期优势菌群则转变为拟杆菌纲（Bacte

7、roidia）和梭菌纲（Clostridia）。产甲烷相不同温度稳定运行期的产甲烷菌群主要为广古菌门（Euryarchaeota）和未确定分类地位的古菌，未确定分类地位和代谢功-I-哈尔滨工业大学硕士研究生毕业论文能的古菌占很大比例。由微生物群落结构与温度变化的响应关系研究可知，产酸相在中温条件下群落结构多样性较高，由Clostridiumsp.、UnclassifiedSybergistaceae和UnclassifiedBacteroidales构成主要的功能微生物类群。产甲烷相在中温条件下由UnclassifiedChloroflexi、Unclass

8、ifiedAnerolineaceae和Protei