启动模式对水稻秸秆厌氧发酵稳定性及产气效率的影响

秸秆厌氧发酵是实现农业废弃物能源化利用,支撑农业固碳减排的重要途径。但是,秸秆的高负荷发酵通常会导致系统酸化,影响发酵稳定性。研究以驯化的厌氧污泥为接种物,在不同物料浓度(5%、7%和9%TS)下,研究了一步启动(OSS, one-step startup)和逐级提升启动(SIS, stepwise-increasing startup)两种模式对秸秆中温(35℃)厌氧发酵效率及稳定性的影响。结果表明,两种启动模式均可正常启动秸秆厌氧发酵过程,水解阶段OSS组趋向于丙酸型发酵,但SIS组可维持稳定的乙酸型发酵,丙酸和乙酸降解效率高,挥发性脂肪酸最高累积浓度仅为OSS组的18.4%~40.3%。56 d发酵过程中,所有实验组均稳定产甲烷;与OSS组相比,逐级提升启动对较低物料浓度(5%和7%TS)的产气率无显著影响,但9%TS实验组的TS产气率显著提升。高通量测序结果显示,Sphaerochaeta,Proteiniphilum和Bacteroidales是OSS组中的优势细菌,vadinBC27 wastewater-sludge group和Synergistaceae是SIS组的优势细菌;氢营养型产甲烷菌Methanoculleus秸秆厌氧消化过程中的优势古菌,SIS组存在较高丰度的的脂肪酸互营氧化菌和氢营养型产甲烷菌Methanobacterium,有利于促进VFAs降解产甲烷。因此,启动方式对秸秆发酵性能和微生物群落结构具有明显的影响,逐级提升启动可以有效缓解高浓度秸秆发酵过程中的VFAs累积,有利于预防厌氧消化系统酸化,维持系统稳定并提高产气率。