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厌氧发酵是将禽畜粪便能源化的有效途径,并产生清洁可再生能源——沼气。在面临环境污染和能源匮乏的今天,关于厌氧发酵的研究越来越受到国内外专家学者们的重视。控制发酵体系pH可通过改变微生物组成来提高沼气产率。 论文以新鲜猪粪为底物原料,驯化沼液为接种物,研究了不同恒定pH(6.0、7.0、8.0)、不同恒定温度(25、37、50℃)处理对猪粪厌氧发酵产气特性的影响。根据发酵过程中的日产气量、累积产气量、甲烷百分含量以及发酵物料的TS降解率来比较分析最佳工艺条件。最后,采集发酵结束后的样品,利用分子生物学方法变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)对不同恒定pH条件下的微生物多样性进行研究,揭示了不同恒定pH条件下厌氧发酵体系微生物的差异性。实验结果如下所示: 1、不同恒定pH(6.0、7.0和8.0)条件下猪粪厌氧发酵结果表明,发酵体系恒定在中性(pH=7.0)条件下,其产沼气性能最高,可实现底物原料的最大利用率。控制发酵体系恒定在中性条件时,其发酵最高日产气量(1210 mL/d)和总累积产气量(16610 mL),与酸性(pH=6.0)条件相比,分别提高了28.45%和140.53%;与碱性(pH=8.0)条件相比,分别提高了44.05%和70.53%。 中性条件下厌氧发酵体系在反应20 d后,其总有机碳(TOC)含量为1740 mg/L,同比酸性和碱性条件分别降低了68.8%和68.1%。且总固体含量(TS)去除率达到40.75%,同比酸性和碱性条件分别高了87.36%和27.84%。说明中性条件更利于有机物被转化成甲烷。 不同恒定温度(25、37和50℃)条件下猪粪厌氧发酵结果表明,发酵体系恒定存高温(50℃)条件下,其产沼气性能最高,发酵周期短,底物利用迅速。控制发酵体系恒定在高温条件时,其发酵最高日产气量(1518 mL/d)和总累积产气量(9974 mL),与室温(25℃)条件相比,分别提高了279.5%和250.0%;与中温(37℃)条件相比,分别提高了47.0%和20.0%。 高温实验组在厌氧发酵20 d后,其TS降解率为32.75%,分别是室温(14.75%)和中温(29.55%)的2.22倍和1.11倍。高温条件更利于猪粪中有机物向甲烷转化。 3、不同恒定pH厌氧发酵体系中产甲烷菌微生物多样性分析结果表明,不同恒定pH条件下细菌和古菌优势菌群存在一定差异。酸性处理条件下,细菌主要以拟杆菌属细菌属(Bacteroidales bacterium)为主,产甲烷古菌以甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)为主。中性处理条件下,细菌主要以螺旋体属(Sphaerochaeta)、Ruminofilibacter xylanolyticum和拟杆菌属细菌属(Bacteroidales bacterium)为主,产甲烷古菌以甲烷粒菌属(Methanocorpusculum)为主。碱性处理条件下,细菌主要以梭菌属(Clostridiales)和未培养细菌(Uncultured bacterium)为主,产甲烷古菌主要以甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)为主。