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餐厨垃圾生化降解工艺优化及微生物多样性研究

马杰  
【摘要】:近年来,餐厨垃圾采用就地生化的处理方法可有效实现其减量化、资源化和无害化。餐厨垃圾生化处理机依靠微生物和降解设备来共同完成餐厨垃圾“三化”处理,其中微生物是主要功能因素,而配套的处理设备所提供的环境条件是微生物发挥高效降解作用的保障。本文首先对餐厨垃圾生化处理机的主要工艺参数进行优化,获得最佳组合参数,为生化降解设备运行参数的设定及改良提供了技术参考;其次,探索了整个餐厨垃圾生化处理周期中物料的理化指标和酶活变化规律,为其降解进程提供了判断依据;最后,从微生物数量和群落多样性两个角度揭示了餐厨垃圾生化降解过程中微生物的动态变化规律,为餐厨垃圾生化处理菌剂的选育及优化提供了理论参考。主要结果有:1.结合单因素与响应面优化实验,得到餐厨垃圾生化处理机的最佳参数组合为:温度45℃、湿度55%、复合微生物菌剂与餐厨垃圾进料质量比2.3:1,各因素对餐厨垃圾降解率影响的主次顺序依次为温度、菌剂添加量、湿度。2.餐厨垃圾生化处理机24h运行周期中,投料后设备内物料的温度先升高后缓慢下降,8h达到最大值;pH值先下降后上升,4h降至最低,终值接近中性;含水率先小幅度升高后持续降低,4h达到最大值;易降解有机质含量持续减少,2~8h内下降迅速;蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶活性均先上升后下降,酶活单位依次在4h、8h、8h、8h达到最大值。以上各指标24h后的变化趋势均趋于稳定。3.由平板计数得知,整个餐厨垃圾生化降解周期中随着时间的推移,细菌、放线菌、真菌的数量均先升高后降低,分别在6h、8h、2h达到最大值,但细菌总数始终比真菌和放线菌高2~3个数量级。4.由高通量测序结果可知,整个餐厨垃圾生化降解周期中随着时间的推移,对于细菌而言,群落多样性、丰富度均先升高后降低,同时存在明显的优势种群结构变化。样品中共检测到156个OTU,属水平上,Lactobacillus、Bifidobacterium、Xylella、Corynebacterium、Corynebacterium 1均为各时期的优势菌群。Lactobacillus、Bifidobacterium的相对丰度逐渐降低;Corynebacterium、Corynebacterium 1升高;Xylella先升高后降低。对于真菌而言,其群落多样性及组成结构均比细菌简单。群落多样性、丰富度均逐渐降低,且群落组成结构无明显变化。样品中共检测到28个OTU,属水平上,Candida始终为优势菌群,各时期的丰度均占到整体的95%以上。此外,还检测到了Geotrichum、Aspergillus、Trichosporon、Penicillium等,其中Geotrichum、Penicillium的相对丰度逐渐降低,Aspergillus先升高后降低,Trichosporon先降低后升高。


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