畜禽糞便APBR反應器功能菌群結構對溫度分化的響應.pdf

1、在畜禽糞便巨大的環(huán)境污染可能性以及化石能源危機的雙重壓力下，使用畜禽糞便發(fā)酵產沼氣是一種環(huán)保、清潔的新能源生產過程，沼氣的主要成分是甲烷，其燃燒熱值可以達到6000～7000kcal/m3，接近天然氣。產生的沼氣經過壓縮提純后，甲烷含量可以達到97％，完全可以代替天然氣供應給居民、工業(yè)以及車輛使用，且在燃燒過程中釋放的溫室氣體量最少，所以使用發(fā)酵產沼氣是一種可再生的、清潔與高效并存的產能方式，不僅能緩解資源短缺與環(huán)境危機，還具有較高的經

2、濟價值、社會價值、生態(tài)效益以及環(huán)境效益。
　　本文為研究畜禽糞便厭氧發(fā)酵產沼氣時，固定床厭氧反應器(Anaerobic packedbed reactor，APBR)中的微生物特征和對溫度變化的響應情況，進行了以下試驗:1)牛糞和豬糞連續(xù)交替時的APBR運行效果;2) APBR在升溫和降溫過程中的運行效果;3）高中低溫條件下APBR的負荷承載響應情況;4）溫度變化前后以及負載響應時的微生物菌群結構變化。
　　牛糞和豬糞連續(xù)交

3、替時的APBR運行效果表明，使用豬糞進行厭氧發(fā)酵產甲烷，比使用牛糞發(fā)酵時具有更高的運行效率，日產氣量較大，抗負荷緩沖能力強，體系穩(wěn)定速度快，能高效、成功地啟動發(fā)酵罐;但pH值波動范圍大，罐體易于酸化，而交替成使用牛糞發(fā)酵后，OLR增大到6kg·COD/(m3.d)，也沒有發(fā)生酸化現(xiàn)象，表明牛糞發(fā)酵時，各APBR能承受較高的負荷。
　　APBR在升溫和降溫過程中的運行效果表明，溫度變化的過程中，溫度越高的APBR具有越高的COD去除

4、率和日總產氣量;不同溫度條件下，各罐都具有較高的產甲烷含量，約為65％;高溫罐COD去除率最高達到60％，累積產甲烷量為316.6L，是中溫罐的1.30倍，低溫罐的1.56倍。進行溫度的階梯式變化時，微生物菌群處于擾動的環(huán)境中，產甲烷菌的活性受到抑制，不能及時地分解利用所有的VFAs，從而造成少量VFAs的積累。
　　高中低溫條件下APBR的負荷承載響應情況表明，在負荷承載響應過程中，各罐的產甲烷含量都穩(wěn)定在60％左右，但溫度越高

5、的APBR罐具有越高的日產氣量和COD去除率;高溫罐累積甲烷產量為中溫罐的1.36倍，低溫罐的1.81倍。對比中溫、低溫和高溫APBR罐，溫度恒定后，增大OLR至6 kg·COD/(m3.d)，VFAs并不會累積增加，反而會被消耗以產生更多的甲烷，表明在整個發(fā)酵過程中，溫度是影響各罐發(fā)酵效率的關鍵性因素，且溫度越高的罐運行效率越高。
　　溫度分化前后以及負載響應時的微生物結構變化表明，起始點污泥（O點）中，既有廣古菌門中的常見重要

6、產甲烷菌MBT（甲烷桿菌目）、Mst（甲烷鬃菌科）、Msc（甲烷八疊球菌科）和MMB（甲烷微菌目），以及嗜熱菌，也有少部分泉古生菌門，細菌的優(yōu)勢OTUs為梭菌屬(Clostridium)、綠彎菌門(Chloroflexi)、變形菌門(Proteobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes)，這為后續(xù)各罐的溫度提升和下降提供了理論上的可行性;各罐中，嗜乙酸產甲烷的甲烷鬃毛菌Mst為各罐的優(yōu)勢菌，能較好地在低溫和中溫環(huán)境中繁殖

7、，但在高溫環(huán)境中迅速衰亡，MST有助于促進顆粒污泥的形成，有效地提高APBR反應器的發(fā)酵效率，增大負荷后，各罐的Mst菌群結構也能基本維持穩(wěn)定;MMB與丙酸的平均濃度存在著正相關的關系，溫度分化時，MMB能在中溫條件下進行大量的繁殖，負荷增加時，低溫和中溫環(huán)境能促進反應體系的嗜氫產甲烷路徑，而此時的高溫環(huán)境會抑制MMB的生長;溫度越低的罐中Msc的數量越多，且中溫條件下增大一定的負荷有助于促進Msc的生長繁殖;低溫條件下，細菌能更好地生