为实现低温生物甲烷高效转化与发酵系统稳定运行,应探索提高低温沼气发酵细菌代谢能力途径与冷适机制。研究以发酵温度(10、15、18、22、25°C和30°C)为驱动因子,人工培养基定向富集自然低温生境混合菌群,考察沼气发酵细菌低温生物甲烷转化效能,并耦合454高通量测序和PCR-DGGE解析低温混合菌群落结构。结果表明,低温生境混合细菌最优势细菌类群为Clostridium XI sp.,占细菌总数的40.9%,确定分类地位的产甲烷菌有Methanosaeta sp.和Methanobacterium sp.。低温沼气发酵细菌在18°C富集培养的沼气产量最高,可达220 ml L^(-1)reactor d^(-1),甲烷含量为56.8%。
以糖浆废水和牛粪为底物,采取半连续发酵工艺运行CSTR厌氧发酵系统,考察混合底物中温(35℃)厌氧共发酵产甲烷特性。结果表明:厌氧发酵系统启动后产沼气速率较快,第8 d的沼气产量为350 m L/(L·d),进入稳定期后达到620 m L/(L·d);液相发酵短链挥发性脂肪酸(VFAs)的乙酸含量高于68%。调节进料有机负荷和水力停留时间分别为3.5 g/(L·d)和40 d时,系统运行稳定性与效能最佳,沼气产量为1180 m L/(L·d),甲烷含量高于57%。运用454焦磷酸高通量测序技术分析厌氧发酵系统启动稳定期(40 d)的细菌群落结构和多样性,在细菌属分类水平存在846个OTU,ACE和Chao1分别为2 224.8和1 498.8;Firmicutes门、Proteobacteria门和Bacteroidetes门属优势细菌类群,分别占细菌总数的64.9%,18.2%和9.1%;在属分类水平上,Syntrophomonas sp.为最优势细菌类群,占总丰度的14.5%,其次是Clostridium XI sp.,占总丰度的6.9%。
