低温(10°C)稀释乳品废水的厌氧消化EGSB反应器:微生物群落结构、种群动态和产甲烷种群动力学gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

厌氧消化乳制品废水的可行性在10°C研究高高度:直径比EGSB反应器。观察性能稳定在一个应用有机加载速率(OLR) 0.5 - 2公斤鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}与化学需氧量(COD)去除效率在85%以上。当应用OLR值增加2公斤以上鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}生物处理效率恶化,甲烷生成的病原反应步骤。生物反应器恢复迅速减少OLR后(3天)。qPCR结果显示减少hydrogenotrophic产甲烷的丰度gydF4y2BaMethanomicrobialesgydF4y2Ba和gydF4y2BaMethanobacterialesgydF4y2Ba在稳态时期之后,他们的数量急剧增加(111倍)后负载冲击。比产甲烷活性和最大的底物利用速率(gydF4y2Ba)的生物量的审判表明增加活动和偏好对hydrogenotrophic甲烷生成,而相关的增加hydrogenotrophic产甲烷菌的丰度gydF4y2Ba。gydF4y2BaAcetoclasticgydF4y2BaMethanosaetagydF4y2Ba种虫害在整个审判过程中都保持在稳定的水平。然而,增加明显half-saturation常数(gydF4y2Ba)的试验表明减少污泥的醋酸特定底物亲和力,暗示gydF4y2BaMethanosaetagydF4y2Baspp。底物亲和力高,开始淘汰出局的反应堆。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

在过去的几十年里,已经有越来越关注环境和有限的能源。在这种背景下,治疗方法废水与节能方法需要被开发。厌氧消化(广告)会提出这个问题,因为它可以治疗多种类型的废水和生产能源的沼气在同一时间。为了提高广告的能量平衡,其应用在低温下是一个有趣的选择,特别是在北欧国家,温度远低于最优嗜中温温度范围的过程。gydF4y2Ba

应用低温厌氧消化(LTAD) 12°C到15°C的温度一直在实验室学习和半工业规模颗粒污泥作生物反应器(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。应用的可能性LTAD 10°C可以减少工厂的运营成本,进一步提高能量平衡。尽管LTAD 10°C也被研究过,迄今为止大多数研究有了简单的合成废水(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。最新的只有少数报告描述LTAD复杂的(与微粒的存在化合物)或低威力顽固的工业废物流(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。因此,潜在的摘要素复杂工业废水的厌氧消化在10°C基本上仍是无人涉足。gydF4y2Ba

乳品废水产生以来,许多国家的大型牛奶及其衍生产品的一个重要组成部分的饮食习惯在世界的各个部分。乳品废水被定义为一个复杂的基质和厌氧处理稀流与牛奶有关的处理往往是有问题的(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。一个关键的未来机会厌氧消化(广告)是作为低威力的直接治疗的核心技术,大容量废物流(例如,许多工业和市政废水在温带地区)。广告不是一般应用于这样的流,由于水质问题,生物质保留和生物能源的收获(加上额外的外部能量)必须使用加热系统(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。大多数研究报告处理乳品废水集中在(我)乳品废水的多样性;(2)反应堆配置;(3)物理化学处理方法;和热力学(iv)提高治疗效率(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。据我们所知,没有探索LTAD消化乳制品废水的可行性报告在10°C。此外,缺乏有关微生物组成和动态信息在这样的系统中,可以受到影响废水的成分(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)和环境参数如温度(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),以及操作条件(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。生物反应器中的微生物组成和动力学信息可以帮助确定最优条件微生物增长最大化他们的活动,从而提高反应器性能。因此应该进行更多的研究来理解的性质和功能的微生物种群参与LTAD乳制品废水。gydF4y2Ba

鉴于这一点,本研究的目的是评估稀释乳品废水的厌氧消化的可行性在10°C。好寒性的核反应堆的设计的一个挑战是精神的保留生物质低温生物反应器内,这对成功的低温性厌氧消化是至关重要的。重大损失的颗粒污泥生物量冲刷已经观察到低温和这个问题通常加剧温度降低。手术期间观察VSS损失43%的膨胀颗粒污泥床(EGSB)在10°C (gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。因为这个问题被发现在先前的试验中执行一个EGSB反应器(5.5)的高度:直径比在15°C (gydF4y2Ba10gydF4y2Ba),在目前的研究中,核反应堆更高的高度:直径比(~ 10)在实验过程中,允许应用程序使用的高上升气流速度(gydF4y2Ba),因此有更好的接触衬底和生物量减少VSS的损失。gydF4y2Ba

过程性能和微生物组成和动态调查研究过程中。确定稳定的生物反应器性能的限制,EGSB反应器受到变量有机加载率定义为不同的水力停留时间(HRT)和变量影响浓度。此外,在细菌和古细菌群落结构变化进行了监测和使用变性梯度凝胶电泳(DGGE)和实时PCR探讨有机加载率古细菌种群动态的影响在335天的试验。进一步获得微生物群落功能的信息,具体的产甲烷活性(SMA)和化验以确定最大基质利用率(gydF4y2Ba)和Michaelis-Menten明显half-saturation常数(gydF4y2Ba)和最大初始速度(gydF4y2Ba)进行。据我们所知,这是第一个研究涵盖了很多方面的复杂(乳制品)废水的厌氧消化在10°C。gydF4y2Ba

2。材料和方法gydF4y2Ba

2.1。反应堆操作和生物质抽样gydF4y2Ba

玻璃实验室EGSB反应器(7.2 l工作容积)治疗合成脱脂乳制品废水不断运行,10°C, 335天。反应堆中描述的配置(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba),除了在目前试用的高度:直径比~ 10,几乎2倍比以前的工作的范围内(5.5),但仍然通常EGSB的速率。1公斤COD的浓度的影响gydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}每次喂食前准备新鲜。脱脂奶粉的成分一直在前面描述的(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。入渗与碳酸氢钠缓冲和生物反应器的pH值维持在6.8和7.2之间在整个审判。本研究的一个延续430天的实验中描述(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba),种子污泥用于接种生物反应器是来自。VSS接种到生物反应器浓度为17.5 g lgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。gydF4y2Ba

试用期被分为六个操作阶段(PI-PVI;表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。π(48 h荷尔蒙替代疗法,天0 - 146),PII (24 h荷尔蒙替代疗法,天,147 - 230年),旧机器(18 h荷尔蒙替代疗法,天,231 - 265年),PIV (12 h荷尔蒙替代疗法,天,266 - 294年),PV(天295 - 322)以固定荷尔蒙替代疗法(12 h荷尔蒙替代疗法)和增量OLR从2 - 5公斤的鳕鱼gydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}323 - 335年),元太(天以固定荷尔蒙替代疗法(12 h荷尔蒙替代疗法),回到固定有机加载速率的2公斤的鳕鱼gydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。反应器的性能是评价的基础上,化学需氧量(COD)去除效率(RE),挥发性脂肪酸(VFA)浓度废水,和VFA:鳕鱼比;后者是用来评估水解底物转化为vfa的比例(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

微生物群落分析、生物质收集的样本直接EGSB反应器在天0,140,226,255,294,335。所有生物采样两次(gydF4y2Ba毫升)之前改变操作条件和最初是由手工研磨机械中断用杵和臼deionised和蒸馏水稀释4倍之前(DDW)中所描述的DNA提取如前所述[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。所有提取DNA进行复制。gydF4y2Ba

2.2。比产甲烷活性测试gydF4y2Ba

生物样本的生物反应器在0和335天(试验结论)筛查代谢能力使用特定的产甲烷活性(SMA)值,使用压力传感器技术(执行gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。醋酸(30毫米)和HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(80:20,v / v)是用来确定活动acetoclastic hydrogenotrophic产甲烷菌,而丙酸(30毫米),丁酸(15毫米)和乙醇(30毫米)被用作间接产甲烷基质确定syntrophic群体活动。瓶没有任何衬底或添加NgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(80:20,v / v)的hydrogenotrophic化验担任控制。所有活动分析包含2 - 5 g VSS lgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}并进行了一式三份。0天化验进行15岁和37°C,化验在335进行了10天,37°C和结果表示为毫升CHgydF4y2Ba_4gydF4y2Bag VSSgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}一天gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。gydF4y2Ba

2.3。评估一个衬底损耗曲线的测定gydF4y2Ba和gydF4y2Ba

最大的特定活动(gydF4y2Ba)和表观half-saturation常数(gydF4y2Ba乙酸)的污泥和HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba确定的开始和结束使用相同的血清瓶试验和实验设置的SMA测试。而不是绘制CHgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba生产曲线,在瓶底物浓度与时间绘制。gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba计算最大线性下降的曲线除以VSS瓶子里据Rebac et al。gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。然后,结果被表示在g鳕鱼g VSSgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。gydF4y2Ba

一个集成的解决方案Michaelis-Menten方程(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)是用来确定动力学常数(gydF4y2Ba(最大初始速度)gydF4y2Ba(明显half-saturation常数)进展曲线的底物利用率(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba)如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba=,gydF4y2Ba=初始底物浓度gydF4y2Ba=底物浓度在gydF4y2Ba。曲线gydF4y2Ba对gydF4y2Ba策划,拦截和曲线的倾向吗gydF4y2Ba和gydF4y2Ba,分别。gydF4y2Ba

2.4。qPCRgydF4y2Ba

实时PCR (qPCR)分析使用LightCycler 480仪器(罗氏,曼海姆,德国)使用两个产甲烷order-specific引物和探针集:gydF4y2BaMethanobacterialesgydF4y2Ba(MBT)和gydF4y2BaMethanomicrobialesgydF4y2Ba(百万桶),代表hydrogenotrophic产甲烷菌和两个产甲烷family-specific引物和探针集:gydF4y2BaMethanosarcinaceaegydF4y2Ba(Msc)和gydF4y2BaMethanosaetaceaegydF4y2Ba(Mst),如前所述gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。都在重复的DNA模板进行分析。gydF4y2Ba

因为其他hydrogenotrophic产甲烷菌gydF4y2BaMethanopyralesgydF4y2Ba和gydF4y2BaMethanococcalesgydF4y2Ba(MCC)成员不可能存在于厌氧生物反应器由于其极高的生长温度(> 80°C)和高盐的需求(0.3 - -9.4% (w / v)氯化钠),分别为(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba),这两个订单是在这项研究中考虑到。gydF4y2Ba

2.5。古细菌和细菌DGGEgydF4y2Ba

古细菌和细菌16 s rRNA基因扩增,降落PCR、PCR产物纯化、测序,测序比对和系统发育分析前面描述的(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。未加权的两组与算术平均法(UPGMA)被选中执行DGGE的统计分析资料如前所述[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。所有核苷酸序列数据在本研究报告存入基因库数据库下加入数字弧(A3-A5): JQ730820-JQ730822和BAC (B1-B25): JQ730824-JQ730848。gydF4y2Ba

2.6。分析分析gydF4y2Ba

鳕鱼分析根据标准方法(APHA, 2005)。土星vfa分析在瓦里安2000 GC / MS系统,与CombiPAL autosampler(瓦里安公司,核桃溪市,CA)如前所述[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。沼气成分在血清瓶的顶部空间用于SMA和动态测试是确定。分析是由气相色谱(瓦里安)使用玻璃列(1.8米×6毫米外径×4毫米内径)挤满了Porapak问100 - 120网在飞利浦PYE-Unicam系列304色谱仪装有气体采样端口和火焰电离探测器。列温度保持在35°C。进样口和检测器温度为105°C和100°C,分别。NgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba是载气的流量25毫升最小gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。gydF4y2Ba

3所示。结果与讨论gydF4y2Ba

3.1。生物反应器的性能gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba说明了COD去除效率(重新)概要文件和出水VFA浓度与EGSB反应器中试验。总结了操作参数和性能表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。> 85%鳕鱼和演示的EGSB反应器流出物浓度< 140毫克鳕鱼LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}PI-PIV VFA在稳态运行阶段。OLR后增加到4.1公斤鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},在PV,鳕鱼突然降至48%,VFA浓度达到峰值> 770毫克鳕鱼LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。在这一点上,vfa代表~ 60%剩下的废水COD,表明甲烷生成是在这个应用OLR病原。这是一个有趣的结果自水解的病原反应步骤相同的反应堆运行15°C (gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。其他研究人员已经发现病原一步水解过程的操作温度15°C但是甲烷生成病原在10°C (gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。一旦OLR减少到2.9公斤鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},鳕鱼重新恢复(> 80%)和VFA废水浓度降至< 140毫克鳕鱼LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。然而,当逐步增加OLR(5公斤鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})应用,逐步下降鳕鱼再保险(~ 60%)和波动的出水VFA浓度(> 760毫克鳕鱼LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})观察。在这个阶段,vfa占76%的鳕鱼废水中,再次表明甲烷生成是在更高的OLR病原。在元太(特点是回到固定荷尔蒙替代疗法的12 h,回到固定OLR的2公斤鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),一个生物过程中可观察到的性能迅速提高,意味着鳕鱼再保险超过84%,降低出水VFA浓度< 60毫克鳕鱼LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}最后的审判。gydF4y2Ba

克服生物质在低温下冲刷的问题,一个高的EGSB高度:直径比(~ 10)是本试验中使用。增加高度:直径比允许高的应用gydF4y2Ba(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),成功地保留了大部分的污泥的反应堆。虽然以前的工作在10°C报道VSS损失43%的EGSB在相似gydF4y2Ba高度:直径比为5.5 (gydF4y2Ba9gydF4y2Ba观察),一个相对较低的VSS损失在这个实验中(17%)的最后操作时间(335天)。gydF4y2Ba

3.2。实时PCR的热点gydF4y2Ba

实时PCR结果显示明显的16 s rRNA基因浓度逐渐降低hydrogenotrophic组gydF4y2BaMethanomicrobialesgydF4y2Ba(百万桶)和gydF4y2BaMethanobacterialesgydF4y2Ba(MBT)从πPIV(图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。试验开始时(π;一天0),百万桶占9.9% (gydF4y2Ba拷贝/毫升)和MBT占4.4% (gydF4y2Ba拷贝/毫升)的产甲烷浓度(图16 s rRNA基因gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。与减少荷尔蒙替代疗法从48到12 h (PI-PIV),减少975倍的浓度百万桶(16 s rRNA基因的浓度gydF4y2Ba拷贝/毫升)和一个80倍数量的减少MBT观察(16 s rRNA基因的浓度gydF4y2Ba拷贝/毫升)。虽然显著减少大量的这两个hydrogenotrophic组发生,没有恶化生物反应器性能相应时期尽管OLR高出6倍(图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

有趣的是,在最后的审判(一天335,元太)百万桶和MBT数据恢复,标志着456倍(16 s rRNA基因的浓度gydF4y2Ba拷贝/毫升)和47-fold (16 s rRNA基因的浓度gydF4y2Ba分别拷贝/毫升)增加。这可能归因于快速增长引发的压力反应在OLR PV(增加OLR从2到5公斤鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}前),减少接触时的手淫(OLR回到2公斤鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})。增加OLR随着低温曾被证明导致扩散gydF4y2BaMethanomicrobialesgydF4y2Basp.由于应激反应(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。这可能发生,因为更高的olr导致更高的反应堆VFA浓度,PV期间的情况,已导致增加报道syntrophic乙酸降解途径(CHgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba通过HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba),特别是在低温下(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。在大量的增加gydF4y2BaMethanomicrobialesgydF4y2Ba嗜中温、高温厌氧反应器操作之前已经报道过(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba19gydF4y2Ba),但据我们所知,这是第一次工作报告这一事实好寒性的(10°C)的条件。gydF4y2Ba

acetoclastic家族gydF4y2BaMethanosaetaceaegydF4y2Ba(Mst)是最丰富的和稳定的组在整个试验,表明OLR变化应用试验过程中不影响或扰乱这个社区(图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。16 s rRNA基因的浓度gydF4y2BaMethanosaetaceaegydF4y2Ba占85.6% (gydF4y2Ba拷贝/毫升)和93.7% (gydF4y2Ba拷贝/毫升)产甲烷总量的人口开始(π;一天0)最后(元太;天335)的试验,分别。这些结果表明,acetoclastic家庭是一个重要的产甲烷的成员社区,可能被保留在厌氧生物膜在寒冷(10°C)生物反应器操作(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

acetoclastic家族,gydF4y2BaMethanosarcinaceaegydF4y2Ba(Msc),在不被察觉的情况下(即。, 拷贝/gydF4y2BaμgydF4y2BaL)在生物反应器在整个试验中,因此我们qPCR结果表明乙酸产甲烷转化可以归因于的成员gydF4y2BaMethanosaetaceaegydF4y2Ba(Mst)的家庭。在稳定的操作条件下,在PI-PIV,低的残留醋酸浓度(65±31毫克鳕鱼LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba};图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)加上低温导致的镇压gydF4y2Ba甲烷八叠球菌属gydF4y2Ba通过gydF4y2BaMethanosaetagydF4y2Ba后者被称为高底物的亲和力,因此比前者(醋酸更好的清道夫gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。虽然偶尔残留醋酸浓度达到更高的价值比支持的增长所需的阈值gydF4y2Ba甲烷八叠球菌属gydF4y2Ba(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]在PV(达到670毫克鳕鱼LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),这个组织仍然低于检出限。众所周知,acetoclastic产甲烷菌的增长率很低,导致翻倍的数天或更多gydF4y2Ba23gydF4y2Ba];因此,高酯峰的间歇时间不允许这个群体成长的时候了。gydF4y2Ba

3.3。特定的产甲烷活性(SMA)和产甲烷种群动力学gydF4y2Ba

SMA结果显示的嗜中温剂(0)和生物量的试验(335天),展示活动在37°C高于10和15°C,对所有基质(表进行测试gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。然而,正如以前观察到在寒冷的培养(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba)我们的研究结果表明,嗜温微生物代谢和生长理想的温度下(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。最大基质利用率(gydF4y2Ba)的污泥在37°C(表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)支持SMA和同意以前的工作结果显示强烈的温度对产甲烷菌的活性的影响(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

化验进行审判的开始(天0)表明,生物量表现出偏爱hydrogenotrophic甲烷生成37岁和15°C。年底试验(第335天)SMA值对HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在37°C几乎2倍比一开始就决定(天0)揭示持续偏好对hydrogenotrophic甲烷生成。然而,代谢活动结束由试验(335)10°C(一样的生物反应器操作温度在整个试验)表示平等acetate-mediated和H的能力gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba介导甲烷生成,因为它是由类似的SMA和显示gydF4y2Ba值(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

如前所述,16 s rRNA基因的浓度gydF4y2BaMethanosaetaceaegydF4y2Ba显示仅略有增加从一开始到最后的审判(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),这表明没有重大变化丰富。然而,SMA表明,代谢活动与醋酸37°C的审判是较低的(gydF4y2Ba;一天比一开始(335)gydF4y2Ba;一天0)(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。最大的数据特定底物利用率(gydF4y2Ba(表)的污泥gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)同意与SMA结果和显示减少26%gydF4y2Ba在醋酸37°C从一开始到最后的审判。很可能即使gydF4y2BaMethanosaetagydF4y2Ba在场的反应堆,他们镇压在PV由于醋酸浓度的增加,因为他们的底物亲和力高,因此,他们需要低浓度醋酸生长。支持这一假说的减少污泥的底物亲和力在醋酸37°C,以增加45%明显half-saturation常数(gydF4y2Ba(表)的最后审判gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。这个结果表明污泥中的微生物群落的变化,在底物亲和力较低的微生物开始战胜gydF4y2BaMethanosaetagydF4y2Ba。自其他主要acetotrophic产甲烷菌gydF4y2BaMethanosarcinaceaegydF4y2Ba没有检测到的污泥最终审判,可能syntrophic醋酸氧化反应器中开始扮演着重要的角色在PV VFA浓度高时,条件已被证明有利于syntrophic醋酸氧化(gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。SMA和2倍和7倍增加gydF4y2Ba在HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba分别在37°C(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),最后审判的支持这一假设的事实一样hydrogenotrophic产甲烷菌的数量增加扰动期间(PV)。gydF4y2Ba

观察污泥生长的动力学研究了335天10°C,它被观察到gydF4y2Ba在醋酸和HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在10°C(0.246和0.199 g鳕鱼g VSSgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}、职责;表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)在同一个数量级gydF4y2Ba报道在以前的工作在相同的温度下,这被认为是高(0.331和0.296 g鳕鱼g VSSgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}、职责;(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba])。的gydF4y2Ba污泥的HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在10°C (0.008 g鳕鱼g VSSgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}或11.4gydF4y2BaμgydF4y2BaM;表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)是高于gydF4y2Ba沉积物的混合社区增长9 (7.1°CgydF4y2BaμgydF4y2BaM;(gydF4y2Ba28gydF4y2Ba])。在醋酸,gydF4y2Ba污泥(0.006 g的鳕鱼LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})低于10倍gydF4y2Ba颗粒污泥价值10°C的Rebac et al。gydF4y2Ba14gydF4y2Ba)(0.058 g鳕鱼LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),但这可能是由于测试的条件。后者研究使用一个EGSB反应器动力学分析在批处理模式,这当然改善底泥接触,增加了gydF4y2Ba价值。总之,动力学分析的结果在10°C与之前报道的相关数据和显示污泥增长10°C在这里给出的EGSB高底物利用率(gydF4y2Ba产甲烷基质)10°C。gydF4y2Ba

3.4。古细菌和细菌DGGE和系统发育分析gydF4y2Ba

古细菌和细菌社区指纹进行了使用变性梯度凝胶电泳(DGGE)。提取DNA样本进行了分析调查产甲烷的数量变化对荷尔蒙替代疗法和OLR变化在10°C的审判。gydF4y2Ba

古细菌DGGE凝胶,三乐队(A3、A4、A5)在整个试验(图可见gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),可以检索和序列(图gydF4y2Ba5 (b)gydF4y2Ba)。乐队A3 hydrogen-utilizing密切相关gydF4y2BaMethanocorpusculumgydF4y2Ba像克隆(gydF4y2Bam . bavaricum m .以及m . labreanum sinensegydF4y2Ba)序列相似性为99%。类似克隆以前观察到在寒冷的适应和厌氧颗粒污泥絮凝剂(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。乐队A4 hydrogen-utilizing显示,99%相似gydF4y2BaMethanospirillum hungateigydF4y2Ba和被发现在所有10°C生物质样品。这个组织曾经观察到在好寒性的(15°C)在EGSB厌氧消化生物反应器(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。乐队A5 acetoclastic密切相关gydF4y2BaMethanosaeta conciliigydF4y2Ba相似(100%)和被发现在整个审判。gydF4y2Ba

细菌DGGE概要的UPGMA聚类分析显示> 96%相似的DGGE概要文件的细菌种群在整个试验(PI-PVI;EGSB: 0, 140, 226, 255, 294, 335;图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)表明耐药性的细菌群落组成gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba)尽管荷尔蒙替代疗法的变化和OLR应用试验。gydF4y2Ba

总额的部分16 s基因序列从20 21切除细菌DGGE乐队组合在四门:gydF4y2Ba厚壁菌门,变形菌门、螺旋体属gydF4y2Ba和gydF4y2Ba拟杆菌门gydF4y2Ba(图gydF4y2Ba5(一个)gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

的门gydF4y2Ba厚壁菌门gydF4y2Ba是由五个乐队B10 B11, B12, B14, B21,大多存在于所有生物样本(图gydF4y2Ba5(一个)gydF4y2Ba)。的身份和潜在作用的信息可以初步推断这些细菌的系统发育分析。B10显示,98%相似gydF4y2Baaminobutyricum梭状芽胞杆菌gydF4y2Ba并出现在生物反应器在整个10°C试验尽管其最适温度增长被报道的嗜中温范围(gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。这并不奇怪,因为反应器中的污泥保持了SMA和嗜中温特性如图所示gydF4y2Ba结果之前。B14是明显的在整个试验(第0天除外)和共享99%相似gydF4y2BaTrichococcus flocculiformis, Trichococcus collinsii,gydF4y2Ba和gydF4y2BaTrichococcus巴氏gydF4y2Ba发酵生物生长耐氧的,葡萄糖,蔗糖、乳糖产生乳酸、乙酸、甲酸和其他酸(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

的门gydF4y2Ba变形菌门gydF4y2Ba是由四个乐队(B1, B16转椅,energisk B18 B22)。尽管B16转椅和energisk B18没有他们共享94 - 95%相似度密切相关gydF4y2BaSyntrophobacter sulfatireducensgydF4y2Ba,propionate-oxidizing细菌(gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]。增长的生物观察20至48°C (gydF4y2Ba33gydF4y2Ba)但它以前报告期间好寒性的(15°C)厌氧生物反应器操作(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。丙酸发酵syntrophically醋酸和有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在氢的存在- /或formate-utilizing产甲烷菌gydF4y2BaMethanospirillum hungateigydF4y2Ba(gydF4y2Ba33gydF4y2Ba),已被确认为乐队A4从古细菌DGGE(检索数据gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和gydF4y2Ba5 (b)gydF4y2Ba)。的存在gydF4y2BaSyntrophobacter sulfatireducensgydF4y2Ba例如克隆整个试验期间EGSB反应器推定地表明丙酸氧化期间是很重要的,这已被确认为病原反应步骤期间LTAD [gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。嗜冷propionate-utilizing人群的出现是与propionotrophic活动在长期操作在低温条件下(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。B22显示,99%相似gydF4y2Ba硫杆菌thioparusgydF4y2Ba,硫代硫酸盐氧化细菌通常用于减少总硫生物过滤技术(gydF4y2Ba34gydF4y2Ba),在140年和255年就非常明显。gydF4y2Ba

的门gydF4y2Ba螺旋体属gydF4y2Ba是由两个乐队(去往B15和B17),共享99%相似吗gydF4y2Ba螺旋体科细菌gydF4y2Ba和在场所有10°C生物质样品。虽然gydF4y2Ba螺旋体属gydF4y2Ba据报道在精神数值重要联盟(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba),其功能还不清楚。gydF4y2Ba

的门gydF4y2Ba拟杆菌门gydF4y2Ba是由九个乐队(B2, B3, B4, B5, B7 B9, B19, B24, B25),这是存在于所有10°C的生物样本,但大多是附属于无教养的生物和它们的功能尚不清楚。gydF4y2Ba

尽管分子技术允许一个更好的理解在生物反应器微生物群落的结构和动态,仍然需要完成多少工作才能理解这些主要细菌和古细菌群体发挥作用。因此,未来的研究应该解决这些团体的功能特征的反应堆。这将提供重要的资料,这将使流程的优化,因此广泛的应用广告。特别是LTAD来说,这是一个重要的考虑因素,因为它影响范围和类型的原料和废水可以应用它。gydF4y2Ba

4所示。结论gydF4y2Ba

稀释乳品废水的厌氧消化是可能在10°C应用olr 2公斤鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}与鳕鱼再保险84%以上。olr高于这一水平,鳕鱼下降和vfa积累与产甲烷反应器的病原反应过程。反应堆恢复快(3天)负载冲击后,一旦OLR减少到2公斤鳕鱼mgydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}dgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。高高度:直径比(10)保留了EGSB的重要生物反应器通过长期经营期限在10°C。gydF4y2Ba

在稳态条件下,acetoclastic产甲烷菌gydF4y2BaMethanosaetagydF4y2Ba种虫害似乎是占主导地位的集团虽然没有gydF4y2BaMethanosarcinaceaegydF4y2Ba被发现在反应堆和hydrogenotrophic产甲烷的数量吗gydF4y2BaMethanomicrobialesgydF4y2Ba和gydF4y2BaMethanobacterialesgydF4y2Ba通过时间减少。反应堆的干扰,期间hydrogenotrophic产甲烷菌的数量急剧增加引起的应激反应应用冲击荷载。在SMA和增加gydF4y2Ba在HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba并在SMA和减少gydF4y2Ba在醋酸的最后审判,连同hydrogenotrophic产甲烷菌数量的增加,甲烷形成的途径提出了转变从acetotrophic syntrophic氧化醋酸OLR很高。降低底物亲和力,增加的特征gydF4y2Ba在醋酸试验表明,结束gydF4y2BaMethanosaetagydF4y2Ba种虫害开始与底物的亲和力较低的其他微生物由于高OLR应用。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

本研究进行了爱尔兰科学基金会的资金支持,通过查尔斯·帕森斯能源研究奖(生原体:06 / CP / E006),和一个开始奖学金Katarzyna Bialek,爱尔兰研究委员会的科学、工程和技术。gydF4y2Ba

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