调控混合菌群和营养结构强化餐厨垃圾产乳酸效能及机制研究
发布时间：2023-05-04 00:16
乳酸是一种天然有机酸,广泛应用于食品、制药、化工等领域。传统的乳酸发酵方法以昂贵碳源为原料,依赖严苛的灭菌及纯菌操作等要求。因此,利用混合菌群,以有机废弃物为原料发酵制备乳酸,对发展生物炼化资源化具有重要意义。餐厨垃圾和剩余污泥是两种典型的是有机废弃物,其产量大、不稳定、易腐败,处理不当会对生态环境和居民健康构成严重威胁。其中餐厨垃圾富含碳水化合物,微生物群落单一,乳酸发酵效率低,而剩余污泥富含发酵菌群和蛋白质,但碳水化合物含量少,不适合作为乳酸发酵的基质。然而,利用剩余污泥调控餐厨垃圾厌氧发酵,不仅可以实现多种有机废弃物的资源化,而且还提供了调控混合菌群产乳酸的新思路。但较多研究关注两者联合发酵制备挥发性脂肪酸(VFA)、氢气、甲烷等,针对乳酸发酵及其机理的研究尚不充分。因此,本论文从餐厨垃圾和剩余污泥资源化角度出发,研究了短期分批发酵(Batch)、长期重复分批发酵(Repeated batch)和半连续发酵(Semi-continuous)模式,揭示了剩余污泥调控混合菌群及氨氮补加平衡营养结构强化餐厨垃圾产乳酸的效能及机制,主要研究成果如下:(1)在短期分批发酵模式下,探究了剩余...
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略词注释表
第1章 绪论
1.1 课题来源与研究意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究意义
1.2 国内外相关研究进展
1.2.1 理论基础
1.2.2 厌氧发酵产乳酸的研究进展
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
第2章 实验材料与方法
2.1 实验材料及装置
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验装置
2.2 分析方法
2.2.1 样品预处理
2.2.2 乳酸的测定
2.2.3 挥发性脂肪酸VFA的测定
2.2.4 碳水化合物的测定
2.2.5 氨氮和游离氨
2.2.6 蛋白质的测定
2.2.7 丙酮酸的测定
2.2.8 水解酶活性的测定
2.2.9 脱氢酶活性反应动力学测定
2.2.10 元素分析测定
2.2.11 微生物种群结构分析
2.2.12 氮代谢相关基因表达量的测定
2.2.13 15N同位素测定
2.2.14 其它测试项目及方法
第3章 餐厨垃圾和剩余污泥分批发酵产乳酸最优条件及机理
3.1 实验材料与方法
3.1.1 温度和pH对联合发酵产乳酸的影响
3.1.2 响应面交互影响研究
3.2 温度和pH对联合发酵产乳酸的影响
3.2.1 联合发酵产乳酸单因素影响研究
3.2.2 响应面交互影响研究
3.3 温度和pH对联合发酵过程中物质转化的影响
3.3.1 pH的变化
3.3.2 溶出阶段
3.3.3 水解阶段
3.3.4 溶解性蛋白质和碳水化合物
3.3.5 酸化阶段
3.3.6 碳平衡分析
3.4 微生物群落结构分析
3.4.1 Alpha多样性分析
3.4.2 微生物群落结构分析
3.5 本章小结
第4章 餐厨垃圾和剩余污泥长期发酵产乳酸效能研究
4.1 实验材料与方法
4.1.1 餐厨垃圾和剩余污泥联合半连续发酵效能研究
4.1.2 餐厨垃圾和剩余污泥联合重复分批发酵效能研究
4.2 餐厨垃圾和剩余污泥联合半连续发酵效能研究
4.2.1 产乳酸和VFA效能
4.2.2 溶解性蛋白质和碳水化合物
4.3 餐厨垃圾和剩余污泥联合重复分批发酵效能研究
4.3.1 产乳酸效能
4.3.2 发酵过程的影响
4.3.3 微生物群落结构分析
4.4 本章小结
第5章 氮源对餐厨垃圾重复分批发酵产乳酸的影响及机理
5.1 实验材料与方法
5.1.1 氨氮投加量对发酵产乳酸的影响
5.1.2 氮源类型对餐厨垃圾发酵产乳酸的影响
5.2 氮源类型对餐厨垃圾发酵产乳酸的影响
5.2.1 氨氮投加量对发酵产乳酸的影响
5.2.2 氮源类型对餐厨垃圾发酵产乳酸的影响
5.3 氮源类型对餐厨垃圾发酵过程中物质转化的影响
5.3.1 pH的变化
5.3.2 溶出阶段
5.3.3 水解阶段
5.3.4 溶解性蛋白质
5.3.5 溶解性碳水化合物
5.3.6 酸化阶段
5.4 氮源类型对微生物的影响
5.4.1 Alpha多样性分析
5.4.2 微生物群落结构分析
5.4.3 不同样品间微生物群落差异性分析
5.4.4 菌群代谢通路预测
5.5 氮源对发酵体系微环境的影响
5.5.1 实验方法
5.5.2 对ORP的影响
5.5.3 氨氮对NADH和 NAD+的影响
5.5.4 氨氮对丙酮酸转化为乳酸的影响
5.6 氨氮在发酵过程中的转化
5.6.1 实验方法
5.6.2 重复分批发酵过程氮的转化
5.6.3 15N同位素示踪
5.7 本章小结
第6章 氨氮强化餐厨垃圾半连续发酵产乳酸效能及机理
6.1 实验材料与方法
6.2 氨氮对餐厨垃圾半连续发酵产乳酸及代谢的影响
6.2.1 氨氮对餐厨垃圾半连续发酵产乳酸的影响
6.2.2 FAN和 NH4
+-N对乳酸的影响
6.3 氨氮对餐厨垃圾半连续发酵过程中物质转化的影响
6.3.1 溶出阶段
6.3.2 水解阶段
6.3.3 溶解性蛋白质
6.3.4 溶解性碳水化合物
6.3.5 酸化阶段
6.4 微生物群落结构分析及菌群代谢通路预测
6.4.1 Alpha多样性分析
6.4.2 微生物群落结构分析
6.4.3 不同样品间微生物群落差异性分析
6.4.4 菌群代谢通路预测
6.5 本章小结
第7章 结论与建议
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3807568
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略词注释表
第1章 绪论
1.1 课题来源与研究意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究意义
1.2 国内外相关研究进展
1.2.1 理论基础
1.2.2 厌氧发酵产乳酸的研究进展
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
第2章 实验材料与方法
2.1 实验材料及装置
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验装置
2.2 分析方法
2.2.1 样品预处理
2.2.2 乳酸的测定
2.2.3 挥发性脂肪酸VFA的测定
2.2.4 碳水化合物的测定
2.2.5 氨氮和游离氨
2.2.6 蛋白质的测定
2.2.7 丙酮酸的测定
2.2.8 水解酶活性的测定
2.2.9 脱氢酶活性反应动力学测定
2.2.10 元素分析测定
2.2.11 微生物种群结构分析
2.2.12 氮代谢相关基因表达量的测定
2.2.13 15N同位素测定
2.2.14 其它测试项目及方法
第3章 餐厨垃圾和剩余污泥分批发酵产乳酸最优条件及机理
3.1 实验材料与方法
3.1.1 温度和pH对联合发酵产乳酸的影响
3.1.2 响应面交互影响研究
3.2 温度和pH对联合发酵产乳酸的影响
3.2.1 联合发酵产乳酸单因素影响研究
3.2.2 响应面交互影响研究
3.3 温度和pH对联合发酵过程中物质转化的影响
3.3.1 pH的变化
3.3.2 溶出阶段
3.3.3 水解阶段
3.3.4 溶解性蛋白质和碳水化合物
3.3.5 酸化阶段
3.3.6 碳平衡分析
3.4 微生物群落结构分析
3.4.1 Alpha多样性分析
3.4.2 微生物群落结构分析
3.5 本章小结
第4章 餐厨垃圾和剩余污泥长期发酵产乳酸效能研究
4.1 实验材料与方法
4.1.1 餐厨垃圾和剩余污泥联合半连续发酵效能研究
4.1.2 餐厨垃圾和剩余污泥联合重复分批发酵效能研究
4.2 餐厨垃圾和剩余污泥联合半连续发酵效能研究
4.2.1 产乳酸和VFA效能
4.2.2 溶解性蛋白质和碳水化合物
4.3 餐厨垃圾和剩余污泥联合重复分批发酵效能研究
4.3.1 产乳酸效能
4.3.2 发酵过程的影响
4.3.3 微生物群落结构分析
4.4 本章小结
第5章 氮源对餐厨垃圾重复分批发酵产乳酸的影响及机理
5.1 实验材料与方法
5.1.1 氨氮投加量对发酵产乳酸的影响
5.1.2 氮源类型对餐厨垃圾发酵产乳酸的影响
5.2 氮源类型对餐厨垃圾发酵产乳酸的影响
5.2.1 氨氮投加量对发酵产乳酸的影响
5.2.2 氮源类型对餐厨垃圾发酵产乳酸的影响
5.3 氮源类型对餐厨垃圾发酵过程中物质转化的影响
5.3.1 pH的变化
5.3.2 溶出阶段
5.3.3 水解阶段
5.3.4 溶解性蛋白质
5.3.5 溶解性碳水化合物
5.3.6 酸化阶段
5.4 氮源类型对微生物的影响
5.4.1 Alpha多样性分析
5.4.2 微生物群落结构分析
5.4.3 不同样品间微生物群落差异性分析
5.4.4 菌群代谢通路预测
5.5 氮源对发酵体系微环境的影响
5.5.1 实验方法
5.5.2 对ORP的影响
5.5.3 氨氮对NADH和 NAD+的影响
5.5.4 氨氮对丙酮酸转化为乳酸的影响
5.6 氨氮在发酵过程中的转化
5.6.1 实验方法
5.6.2 重复分批发酵过程氮的转化
5.6.3 15N同位素示踪
5.7 本章小结
第6章 氨氮强化餐厨垃圾半连续发酵产乳酸效能及机理
6.1 实验材料与方法
6.2 氨氮对餐厨垃圾半连续发酵产乳酸及代谢的影响
6.2.1 氨氮对餐厨垃圾半连续发酵产乳酸的影响
6.2.2 FAN和 NH4
+-N对乳酸的影响
6.3 氨氮对餐厨垃圾半连续发酵过程中物质转化的影响
6.3.1 溶出阶段
6.3.2 水解阶段
6.3.3 溶解性蛋白质
6.3.4 溶解性碳水化合物
6.3.5 酸化阶段
6.4 微生物群落结构分析及菌群代谢通路预测
6.4.1 Alpha多样性分析
6.4.2 微生物群落结构分析
6.4.3 不同样品间微生物群落差异性分析
6.4.4 菌群代谢通路预测
6.5 本章小结
第7章 结论与建议
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3807568
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