产氢产乙酸优势菌群的选育及其生理生态特性研究

论文摘要

在参与厌氧生物处理的各微生物类群中,产氢产乙酸菌群在营养生态位上位于产酸发酵菌群和产甲烷菌群之间,在功能生态位上起到承上启下的重要作用。它能将产酸发酵菌群代谢产生的丙酸、丁酸、戊酸等挥发性有机酸和乙醇等进一步降解转化为乙酸和CO2、H2,不仅为后续的产甲烷菌群提供了可以直接利用的底物,同时解除了底物对其生长和代谢的限制。产氢产乙酸代谢活性作用的增强,有望使厌氧生物处理系统的效能得到显著提高。论文以四格室的厌氧折流板反应器（ABR）第二和三格室中的厌氧活性污泥为出发菌群,进行了产氢产乙酸优势菌群的富集选育。通过丙酸和丁酸混合培养基的富集,获得了H82和H83两个产氢产乙酸菌和产甲烷菌为优势的混合菌群。研究发现,H83菌群对丙酸的降解能力优于H82菌群,而且H83菌群对丙酸和丁酸的降解速率存在显著差异。以H83菌群为初发菌群,分别接种到丙酸培养基和丁酸培养基中,进行多次传代富集培养后,分别获得了B83菌群和D83菌群,并分别考察了H83菌群、B83菌群和D83菌群的底物降解特性。借助于生理生化试验和DGGE分子生物学手段对D83菌群结构稳定性进行分析,结果表明,经过7次传代富集培养,D83菌群结构基本稳定;对葡萄糖、蔗糖、丙酸有一定的降解能力,但不能降解乙醇和乳酸。在以酸水解酪蛋白为氮源时,D83菌群对丁酸的降解能力最强,平均降解速率高达518.1 mg/L·d;以氯化铵为氮源,以丁酸为碳源时,D83菌群的生长最为旺盛,可达20.5 mgMLVSS/L·d。D83菌群的生长和对丁酸的降解符合非抑制型Monod方程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 第1章 绪论
• 1.1 厌氧生物处理技术的国内外研究现状
• 1.1.1 厌氧生物处理技术的理论基础
• 1.1.2 厌氧反应器的研究现状
• 1.1.3 甲烷发酵过程的限速步骤分析
• 1.2 发酵法生物制氢技术国内外研究现状
• 1.2.1 发酵法生物制氢技术的理论基础
• 1.2.2 提高发酵法生物制氢基质转化率的研究现状
• 1.3 产氢产乙酸菌的国内外研究现状
• 1.4 课题来源及研究的目的和意义
• 1.5 课题的主要研究内容和技术路线
• 第2章 材料与方法
• 2.1 ABR废水生物处理系统的运行
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 种泥与试验废水
• 2.1.3 废水分析指标与方法
• 2.2 产氢产乙酸优势菌群的构建方法
• 2.2.1 选择性培养基
• 2.2.2 培养基的制备方法
• 2.2.3 污泥接种和培养
• 2.2.4 菌群生长代谢特征的分析项目及方法
• 2.2.5 菌群结构稳定性分子生物学分析方法
• 2.3 产氢产乙酸优势菌群的营养特性
• 2.3.1 优势菌群对碳源的利用
• 2.3.2 优势菌群对氮源的利用
• 2.4 pH及温度对产氢产乙酸优势菌群的影响
• 2.4.1 pH值的影响
• 2.4.2 温度的影响
• 第3章 ABR的启动运行与产氢产乙酸优势菌群的选育
• 3.1 ABR的启动和运行
• 3.1.1 ABR的启动
• 3.1.2 COD及其去除率
• 3.1.3 pH
• 3.1.4 发酵气产量及成分
• 3.1.5 液相末端发酵产物
• 3.2 产氢产乙酸菌与产甲烷菌混合菌群的富集
• 3.2.1 接种种泥
• 3.2.2 种泥的选择
• 3.2.3 H83 混合菌群的基质降解规律
• 3.3 氧化丙酸的产氢产乙酸优势菌群的选育
• 3.3.1 丙酸培养基的制备和接种
• 3.3.2 氧化丙酸的产氢产乙酸优势菌群的丙酸降解规律
• 3.4 氧化丁酸的产氢产乙酸优势菌群的选育
• 3.4.1 丁酸培养基的制备和接种
• 3.4.2 氧化丁酸的产氢产乙酸优势菌群的丁酸降解规律
• 3.5 氧化丁酸的产氢产乙酸优势菌群的稳定性分析
• 3.5.1 代谢稳定性分析
• 3.5.2 菌群结构稳定性分析
• 3.6 氧化丁酸的产氢产乙酸优势菌群的生长动力学
• 3.6.1 优势菌群的生长曲线
• 3.6.2 优势菌群对丁酸的降解特性
• 3.6.3 优势菌群的生长动力学分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 产氢产乙酸优势菌群的生理生态特性
• 4.1 产氢产乙酸优势菌群的营养特性
• 4.1.1 优势菌群对碳源的利用
• 4.1.2 优势菌群对氮源的利用
• 4.2 pH及温度对产氢产乙酸优势菌群的影响
• 4.2.1 pH的影响
• 4.2.2 温度的影响
• 4.3 优势菌群的生态位
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢