木醋液介导对猪粪厌氧消化特性及微生物群落的影响

发布时间：2020-10-25 00:34

【摘要】：以木醋液作为介导添加剂,将初始的木醋液分别稀释5倍(A5)、50倍(A50)和100倍(A100),分别添加到猪粪厌氧消化系统中,研究不同浓度的木醋液对猪粪厌氧消化的产气特性、料液降解特性以及微生物群落的影响,并探索木醋液浓度、厌氧消化特性以及微生物群落三者之间的响应关系,揭示木醋液对猪粪厌氧消化的影响过程及微生物学机理,为富氮原料厌氧消化的提质增效提供数据参考。主要研究内容和结论如下:(1)木醋液介导对猪粪厌氧消化产气特性的影响:试验表明,产气效果为A50A100对照组A5,其中A50的产气效率最高,累积沼气产量和累积甲烷产量分别为591.05±11.39 mL g~(-1)VS和353.33±8.03 mL g~(-1)VS,平均甲烷含量和最大甲烷含量均为最高值,分别为52.72±0.70%和72.92±0.05%。此外,木醋液的浓度与甲烷产量变化率不是线性关系,木醋液的最佳添加浓度处于中间稀释梯度即A50,累积甲烷产量的增幅为22.98±5.82%。(2)木醋液介导对猪粪厌氧消化料液降解特性的影响:试验表明,A5的挥发性脂肪酸(VFAs)浓度一直保持在较高水平上。A50和A100的VFAs降解速率均比对照组大,这说明低浓度的木醋液添加剂缓解酸抑制的能力较强。各组的pH值均与VFAs浓度呈负相关关系,A50和A100的平均可溶性有机碳(DOC)浓度较低,而A5的平均可溶性有机碳(DOC)浓度最高。木醋液中包含的Na、Mg、K、Ca等微量元素增强了微生物对厌氧消化系统中高浓度氨氮的耐受性,从而降低了氨氮水平。厌氧消化后各实验组的总固体(TS)含量、挥发性固体(VS)含量以及VS/TS均发生了下降,且TS降解率、VS降解率以及VS/TS降解率均与相应的累积沼气/甲烷产量呈正相关关系,A50处理组的厌氧消化效果最好且料液降解效率最高。(3)木醋液介导对猪粪厌氧消化微生物群落的影响:采用高通量测序技术,研究分析了厌氧消化前后微生物群落的丰度、多样性、差异性以及群落结构变化。试验表明,微生物群落的采样覆盖率很高,且厌氧消化后样品的多样性和丰富度均增加了,特别是A50和A100处理组的多样性比对照组更高。通过Venn图和多样本相似度树状图与柱状图组合分析可知:添加不同浓度的木醋液,可以使猪粪厌氧消化系统中的微生物群落出现聚类差异,且高浓度木醋液系统与对照组系统的群落结构差异性要大于低浓度木醋液系统与对照组系统的差异性。厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是主要的门水平细菌。厌氧消化结束时,厚壁菌门(Firmicutes)减少而拟杆菌门(Bacteroidetes)增加。低浓度处理组(A50和A100)以及A5的优势古菌群分别为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter),根据产甲烷菌的代谢途径和相对丰度可得出:A50和A100的甲烷产量比A5多。乙酸主要被甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)降解,丙酸和丁酸主要被甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)降解。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X713
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 导论
    1.1 研究背景
    1.2 厌氧消化微生物作用机制研究现状
    1.3 富氮原料厌氧消化研究现状
    1.4 添加剂在厌氧消化中应用的研究现状
    1.5 木醋液应用的研究现状
    1.6 研究目的和意义
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究意义
    1.7 研究内容及技术路线
        1.7.1 研究内容
        1.7.2 技术路线
第二章 木醋液介导对猪粪厌氧消化产气特性的影响
    2.1 材料与方法
        2.1.1 试验材料
        2.1.2 试验装置
        2.1.3 试验设计
        2.1.4 分析方法
    2.2 结果与分析
        2.2.1 木醋液介导对猪粪厌氧消化累积沼气产量的影响
        2.2.2 木醋液介导对猪粪厌氧消化甲烷含量的影响
        2.2.3 木醋液介导对猪粪厌氧消化累积甲烷产量的影响
        2.2.4 木醋液介导对猪粪厌氧消化累积甲烷产量变化率的影响
    2.3 小结
第三章 木醋液介导对猪粪厌氧消化料液降解特性的影响
    3.1 材料与方法
        3.1.1 试验材料和设计
        3.1.2 分析方法
    3.2 结果与分析
        3.2.1 木醋液介导对猪粪厌氧消化VFAs浓度的影响
        3.2.2 木醋液介导对猪粪厌氧消化pH的影响
        3.2.3 木醋液介导对猪粪厌氧消化DOC浓度的影响
        3.2.4 木醋液介导对猪粪厌氧消化氨氮浓度的影响
        3.2.5 木醋液介导对猪粪厌氧消化生物降解性的影响
    3.3 小结
第四章 木醋液介导对猪粪厌氧消化微生物群落的影响
    4.1 材料与方法
        4.1.1 试验材料
        4.1.2 样品采集与总DNA提取
        4.1.3 PCR扩增
        4.1.4 高通量测序
    4.2 结果与分析
        4.2.1 木醋液介导猪粪厌氧消化的微生物群落丰度及多样性分析
        4.2.2 木醋液介导猪粪厌氧消化的微生物群落差异性分析
        4.2.3 木醋液介导猪粪厌氧消化的微生物群落结构变化分析
    4.3 小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
致谢
个人简介

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本文编号：2855192