氨态氮对产甲烷菌的抑制及有机负荷提高引发的厌氧反应器微生物群落演替

发布时间：2021-04-25 19:01

　　氨态氮和有机负荷是影响厌氧甲烷发酵稳定运行的重要因素。氨态氮在家禽粪便、垃圾渗滤液等中大量存在,含氮有机质水解后也会产生氨态氮,氨氮浓度过高时会抑制厌氧微生物的活性特别是产甲烷菌的生长。厌氧甲烷发酵是由众多真细菌和古菌构建的无氧发酵系统完成的一系列复杂反应,保持各生化反应阶段间的动态平衡对厌氧发酵的顺利进行至关重要。高负荷运行的厌氧发酵系统,极易由于液相末端发酵产物的积累使产甲烷菌群活性降低而导致厌氧系统失稳。目前氨态氮对厌氧发酵过程抑制的研究多集中在氨氮抑制浓度、基质种类和反应条件等方面,已有的反映产甲烷菌受抑制的特异性mcrA基因检测方法较为复杂。厌氧甲烷发酵系统内微生物群落对有机负荷提高的响应也缺乏深入的认识。针对这些问题,本文采用结合Gompertz模型的厌氧发酵甲烷潜力测定方法,重点研究了产甲烷菌功能基因mcrA和特有酶Co-M对氨态氮抑制浓度的响应特性,同时就有机负荷提高阶段厌氧反应器的运行特性和各阶段微生物菌群结构演替进行了解析。为建立评判产甲烷菌氨态氮抑制的简捷测定方法、揭示厌氧甲烷发酵系统中微生物群落结构对有机负荷响应的演替规律奠定基础。论文主要研究内容和结果如下:1... 

【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省

【文章页数】：111 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
缩略词
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 氨态氮对厌氧发酵抑制机理及影响因素
        1.2.1 氨态氮来源及抑制机理
        1.2.2 氨态氮抑制的影响因素
        1.2.3 产甲烷菌功能基因及特有酶
    1.3 高浓度有机废水厌氧发酵的研究现状
        1.3.1 厌氧发酵基础及反应器
        1.3.2 厌氧甲烷发酵影响因素
        1.3.3 负荷变化下厌氧发酵微生物群落研究现状
        1.3.4 目前高浓度有机废水厌氧发酵存在的一些问题
    1.4 研究的目的、意义和内容
        1.4.1 研究的目的和意义
        1.4.2 研究的主要内容
2 试验材料与方法
    2.1 试验材料
        2.1.1 种泥来源
        2.1.2 试验用水
    2.2 试验装置
        2.2.1 批式试验装置
        2.2.2 EGSB反应器
    2.3 分析项目及检测方法
        2.3.1 化学分析
        2.3.2 污泥粒径测定
        2.3.3 扫描电镜观察
        2.3.4 液相末端发酵产物
    2.4 生物因子测定
        2.4.1 基因组DNA的提取
        2.4.2 荧光实时定量PCR
        2.4.3 Co-M测定
        2.4.4 Illumina测序
        2.4.5 生物信息学分析
3 氨态氮对产甲烷菌抑制特性研究
    3.1 引言
    3.2 实验设计和方法
        3.2.1 BMP实验
        3.2.2 氨态氮抑制实验
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 糖化废水BMP实验
        3.3.2 氨态氮对产甲烷菌抑制实验
    3.4 本章小结
4 EGSB系统在OLR提升下的运行特性
    4.1 引言
    4.2 实验设计和方法
        4.2.1 实验材料
        4.2.2 实验设计
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 OLR对COD去除的影响
        4.3.2 OLR对出水VFA的影响
        4.3.3 VFA/ALK的变化
        4.3.4 VFA/COD比值及反应器的产气性能
        4.3.5 厌氧颗粒污泥的变化
    4.4 本章小结
5 有机负荷提高后厌氧反应器中微生物群落的响应
    5.1 引言
    5.2 试验方法与污泥样品来源
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 DNA质量控制和测序数据统计分析
        5.3.2 基本数据统计
        5.3.3 序列拼接与处理
        5.3.4 群落物种丰度与多样性分析
        5.3.5 微生物群落的主成分分析
        5.3.6 微生物群落聚类分析
        5.3.7 微生物系统进化分析
        5.3.8 OLR提升与微生物群落结构的关系
        5.3.9 产甲烷优势菌群随OLR的变化
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士期间的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]沉水植物恢复对湖泊沉积物产甲烷菌的影响研究[J]. 徐思,张丹,王艳云,周巧红,王亚芬,刘碧云,贺锋,吴振斌.  水生生物学报. 2015(06)
[2]产甲烷生化代谢途径研究进展[J]. 方晓瑜,李家宝,芮俊鹏,李香真.  应用与环境生物学报. 2015(01)
[3]接种比例和温度对餐厨废弃物厌氧发酵特性的影响[J]. 刘丹,李文哲,高海云,王明,王忠江,殷丽丽.  环境工程学报. 2014(03)
[4]原核微生物菌群的空间分异增强秸秆-猪粪混合发酵效率[J]. 李家宝,芮俊鹏,张时恒,孙晓日,闫志英,刘晓风,郑涛,李香真.  化工学报. 2014(05)
[5]玉米秸秆厌氧降解复合菌系的微生物群落结构[J]. 乔江涛,郭荣波,袁宪正,师晓爽,许晓晖,范晓蕾,邱艳玲.  环境科学. 2013(04)
[6]上推流厌氧反应器连续干发酵猪粪产沼气试验研究[J]. 陈闯,邓良伟,信欣,郑丹,刘刈,孔垂雪.  环境科学. 2012(03)
[7]污水处理中游离氨对硝化作用抑制影响研究[J]. 张亮,张树军,彭永臻.  哈尔滨工业大学学报. 2012(02)
[8]梯度负荷下果蔬垃圾厌氧消化性能及微生物群落结构的研究[J]. 史宏伟,邹德勋,左剑恶,刘研萍,朱保宁,李秀金,毛菁菁.  环境科学学报. 2012(01)
[9]嗜冷产甲烷菌及其在废水厌氧处理中的应用[J]. 左剑恶,邢薇.  应用生态学报. 2007(09)
[10]不同反应温度的城市生活垃圾厌氧发酵研究[J]. 吴满昌,孙可伟,李如燕,孙艳,张海东.  化学与生物工程. 2005(09)



本文编号：3159922