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利用生物质酒精醪液进行厌氧消化产沼气,是废水处理和能源回收的双赢策略。Illumina Miseq高通量测序技术可以了解生物质酒精醪液发酵系统中的微生物群落结构,为利用微生物调控该类废水提供理论依据。本研究包括两部分内容:1.利用不同原料的生物质酒精醪液经行厌氧发酵,比较其产气性能、出水水质以及微生物群落结构。2.选择纤维素类酒精醪液(秸秆酒精醪液)作为唯一发酵底物,探究初始发酵pH对厌氧发酵产甲烷的影响以及相应的微生物组成关系。主要研究结果如下: 以糖蜜酒精醪液(糖蜜类酒精醪液)、玉米酒精醪液(淀粉类酒精醪液)和秸秆酒精醪液(纤维素类酒精醪液)三种不同原料发酵的生物质酒精所产生的酒精醪液作为发酵底物,构建统一的厌氧发酵体系,经过30天的厌氧发酵。在150mL的发酵体积下,糖蜜酒精醪液、玉米酒精醪液和秸秆酒精醪液在发酵时间内甲烷的总积累量分别为331mL、162mL和232mL,三者消耗单位COD质量的甲烷产气量分别为31.8mL/g COD、23.5mL/g COD和42.2mL/g COD。以糖蜜酒精醪液和玉米酒精醪液作为发酵底物的发酵系统内的优势菌种为共养单胞菌属(syntrophomonas)、共养杆菌科的菌属(Syntrophobacteraceae_uncultured)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)甲烷杆菌属(Methanobacterium)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter);以秸秆酒精醪液作为发酵底物的发酵系统中的优势细菌和古菌主要是瘤胃球菌属(Ruminococcus)、梭菌属(Clostridium)、密螺旋体属(Treponema)与甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta)。 将初始发酵pH分别设置为4、5、6、6.5、7、7.5、8,8.5利用序批式厌氧发酵30天,在150mL的发酵体积下它们最终的甲烷积累量依次为17mL、24mL、227mL、289mL、246mL、257mL、234mL和143mL,即当初始发酵pH为6.5时产气的总量最多。根据研究发现,初始发酵pH影响发酵系统内的挥发性脂肪酸VFAs的积累、消耗和成分组成,当初始发酵pH升高时,发酵液中残留VFAs中的乙酸所占比例逐渐升高,pH为5时乙酸占12.8%,pH为8.5时乙酸占43.9%。通过比较初始pH为4、6.5和8.5时,VFAs在发酵过程中的动态变化,发现初始pH为6.5时,乙酸的含量在第1.5d达到峰值,为3.75g/L占总量85.6%,最终乙酸被消耗了72.4%,初始pH为8.5时,乙酸的含量在第10d时增至峰值为1.32mg/L(53.8%),最终乙酸被消耗了36%。初始pH为4时,VFAs的总量和组成都没有明显的变化。说明当初始pH为8.5时,发酵系统内的产乙酸菌生长滞后,且发酵系统内没有优势的乙酸型产甲烷菌。 当初始发酵pH为6、6.5、7、7.5时,发酵系统内的优势细菌是为同型产乙酸菌,梭菌属(Clostridium),相对丰度为40%~47%;优势古菌为同属于甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta),其相对丰度之和为85%~88%,说明系统内的甲烷发酵属于乙酸消耗型。当初始pH为8.5时,系统内的优势细菌为普雷沃式菌(Prevotella)和互养单胞菌属(Syntrophomonas),相对丰度分别为36.8%和14.7%;优势古菌为隶属于甲烷杆菌目(Methanobacteriales)的甲烷杆菌属(Methanobacterium)和甲烷热杆菌属(Methanothermobacter),在其全古菌序列中分别占62.3%和11.4%,优势细菌为产氢菌,优势古菌为氢营养型甲烷菌,说明系统内的甲烷发酵为氢消耗型。