蔬菜废弃物组成对混菌厌氧发酵产酸特性的影响

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挥发性脂肪酸(VFA)是厌氧发酵的中间产物,具有很高的应用价值和广泛的应用前景。利用蔬菜废弃物生产VFA是废弃物处理和资源回收的有效途径。本研究考察了蔬菜废弃物种类以及蔬菜废弃物混合比例对厌氧发酵产物组成及产量的影响,具体研究内容及主要结论如下:(1)分别以马铃薯皮、胡萝卜、芹菜和白菜为发酵底物,以厌氧污泥为接种物,在37℃条件下进行厌氧发酵,研究了蔬菜废弃物种类对厌氧发酵特性的影响。结果表明:马铃薯皮的 VFA 产率为 452 mg COD/g VSfeed(化学需氧量,chemical oxygen demand,COD),分别比胡萝卜、芹菜和白菜高40.1%、21.5%和124.9%。胡萝卜酸化速度较快,发酵初期pH值急剧下降,从而抑制了 VFA的产生。芹菜酸化过程缓慢,发酵后期己酸产量迅速提高。白菜废弃物发酵的初始pH较低,抑制了 VFA的产生,但乙醇浓度达到了 7577.04mg COD/L。马铃薯皮、胡萝卜、芹菜和大白菜的发酵类型分别为丙酸型、丁酸型、混合酸型和乙醇-乙酸型。(2)马铃薯皮、胡萝卜、芹菜和白菜以不同比例混合后作为发酵原料进行厌氧发酵,研究了蔬菜废弃物组成对厌氧发酵特性的影响。结果表明:50%马铃薯皮(S2)的处理组(胡萝卜:马铃薯皮:芹菜:白菜为16.7:50:16.7:16.7)的VFA产量、酸化率均优于其他组,VFA产量为14178.92 mg COD/L,酸化率达到86.60%。50%胡萝卜(S1)的处理组酸化较快,导致发酵初期pH快速降低,影响了产酸微生物的生长与代谢活动,进而影响了 VFA的生产。50%胡萝卜、50%白菜(S4)的处理组在发酵初始阶段pH值较低,乙酸和乙醇占较大比例,其发酵类型为乙醇-乙酸型发酵,50%马铃薯皮和50%芹菜(S3)的最主要产物是丁酸,发酵类型为丁酸型发酵。(3)以胡萝卜:马铃薯皮:芹菜:白菜为16.7:50:16.7:16.7的混合蔬菜废弃物为原料,研究了底物浓度对厌氧发酵特性及微生物群落结构变化的影响。结果表明:底物浓度为4%时的最大VFA产量、SCOD(可溶性化学需氧量,soluble chemical oxygen demand,SCOD)浓度、酸化率分别为 11132.99 mg COD/L、15889.33 mg/L 和 90.15%,均优于其他处理组。底物浓度为2%和3%的主要产物是乙酸,而底物浓度4%和5%的主要产物是丁酸。不同底物浓度的微生物群落结构在属水平上存在明显差异,4%中的优势菌属是梭菌属(Clostridium)、unclassifiedLachnospiraceae和unclassifiedEnterobacteriaceae,而2%中的优势菌属是Clostridium、杆菌属(Dialister)和不动杆菌属(Acinetobacter)。(4)以胡萝卜:马铃薯皮:芹菜:白菜为16.7:50:16.7:16.7的混合蔬菜废弃物为原料,研究了接种量对厌氧发酵特性及微生物群落结构变化的影响。结果表明:随着接种量的增加,VFA产量、SCOD浓度以及酸化率都呈上升的趋势;接种量5%时的产物主要为乙酸和乙醇,接种量10%和15%的产物中丁酸分别占63.77%和57.16%。10%中较高的丁酸产量归功于相对丰度比较大的乳酸杆菌属(Lactobacillus)和梭菌属(Clostridium)。(5)以胡萝卜:马铃薯皮:芹菜:白菜为16.7:50:16.7:16.7的混合蔬菜废弃物为原料,研究了发酵温度对厌氧发酵特性及微生物群落结构变化的影响。结果表明:55℃条件下发酵体系的VFA产量、SCOD浓度以及酸化率均明显低于37℃。37℃主要产物为丁酸,而55℃的主要产物为乙酸。37℃中优势菌属为Lactobacillus和双歧杆菌属(Bifidobacterium),55℃中优势菌为Bacillus(芽孢杆菌属)、Turicibacter和Clostridium。温度对微生物的影响较大。
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