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中国是世界上第一养猪大国,养猪业已成为我国农业和农村经济的重要组成部分。上世纪九十年代以来,随着养猪业迅猛发展,我国的养猪业生产方式已从传统的小规模饲养向大型规模化集约化养殖方向转变。但与此同时也带来了因粪污大量集中排放与资源环境之间的突出矛盾。厌氧生物技术是目前我国养猪废水处理的关键技术。现有的畜禽厌氧生物处理技术研究往往仅停留在研究脱氮、除磷、化学需氧量(COD)的去除效率和产气率等的工艺参数方面,而对于好氧酸化处理增强厌氧发酵体系的过程方面研究比较匮乏。本研究运用了现代分子生物学技术对外源微生物进行了系统的鉴定,通过梯度变性凝胶电泳(DGGE)、16SrDNA文库分析等分子生物学技术和细菌筛选、分离鉴定解析了养猪废水厌氧生物处理的酸化预处理对系统启动时的影响。为实现养猪废水厌氧生物高效处理、可控运行提供理论和实践依据。 实验采用了意大利ABT公司通过发酵工艺得到了外源菌粉,采用DGGE和16SrDNA的文库构建分析了该菌粉中的主要菌体构成。通过16SrDNA分析得到了223个阳性克隆子,DGGE分析得到10条条带切胶后对其中的DNA进行回收后测序。经过测序分析结果表明,微生物群落组成为不动杆菌(Acinetobacter)、异常海杆菌(Marinobacter)、假单胞菌(Pseudomonadaceae)、芽孢杆菌(Bacillaceae)和纤维弧菌(Cellvibrio)。通过223个克隆子构建的基因文库中不动杆菌(Acinetobacter)占50.2%、异常海杆菌(Marinobacter)占19.73%、假单胞菌(Pseudomonadaceae)占19.73%、芽孢杆菌(Bacillaceae)和纤维弧菌(Cellvibrio)各占9.86%。文库分析和DGGE测序所得结果一致。 以现有生产废水及处理污泥为原材料,实验室模拟建立好氧辅助及厌氧反应器,确定了污泥提升好氧酸化效果有助于提高厌氧甲烷产量,为启动主反应器提供参数;以现有生产废水启动运行主反应器系统。通过投加外源菌粉与投加灭活的外源菌粉以及原水在相同条件下进行对比,在好氧条件下投加菌粉后原水的挥发性脂肪酸可以提升到1400mg/L,并将厌氧沼气产量最大值从99.2mL提高了350mL,厌氧启动时间缩短了4天,且最终出水COD在小试反应器9天后满足好氧处理的条件。 将菌粉中可培养的降解细菌进行分离与富集。采用了不同的富集培养基,第一次富集得到了不动杆菌和假单胞菌,第二次富集得到芽孢杆菌。将两次富集的细菌以及菌粉还有菌粉转接液,对现有的废水进行酸化。实验发现外源细菌的投加对挥发性脂肪酸的提高作用较明显,且最高可以达到2000mg/L。同时,投加外源细菌后只需4小时即可达到酸化的效果最佳效果,而未加外源细菌的原水挥发性脂肪酸增加不明显。对酸化效果较好的菌群利用16S rDNA进行分子鉴定,结果表明两株菌分别为水解淀粉芽孢杆菌和腊样芽孢杆菌,通过对该两种芽孢杆菌的生理生化特性进行研究,检测到两种菌株可以产生酪蛋白酶和过氧化氢酶等胞外酶。IMViC实验结果表明,两个菌株均不产吲哚但C3菌株可以分解含硫的有机物,在糖发酵试验中不会产生有机酸。应用试验结果表明,该两株芽孢菌株酸化猪场废水的最佳使用条件为温度30℃,pH为6-8,投加量1.5 g·L-1。