氧化还原介体强化废水厌氧生物处理效能研究

发布时间：2020-08-11 11:16

【摘要】：有机物甲烷发酵过程是在产酸发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群对有机物的梯级利用下完成的。在参与厌氧生物处理的各类微生物菌群中,水解发酵菌种类最多,代谢产物多样化,导致发酵类型的多样化。氧化还原介体(ROMs)可通过其自身氧化态与还原态的循环转换来加速电子在电子供体与电子受体间的传递,对厌氧发酵类型产生影响。本研究利用ROMs具有的电子传递功能和生物催化功能,通过定向调控发酵类型、减少丙酸产量和提高丙酸的降解速率两条途径,避免厌氧消化系统中丙酸的积累,提高反应器的运行效能和稳定性。本论文首先选择氧化石墨烯(GO)和蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)作为氧化还原介体,葡萄糖为底物,在35℃恒温振荡培养方式,研究了GO和AQDS对发酵类型的定向调控作用。实验结果表明:GO可以定向调控颗粒污泥的发酵类型,使发酵类型由混合酸发酵向丁酸型发酵转化,且80 mg/L的GO促进作用最强。AQDS、GO都能够调控絮状污泥发酵类型,使发酵类型由丁酸型发酵向乙醇型发酵转化,其中GO的浓度为80 mg/L、AQDS浓度为400 mg/L时,促进作用最强。为了进一步揭示GO和AQDS定向调控发酵类型的生物学机理,随后采用高通量测序技术对介体介导下活性污泥的组成进行了解析。研究结果表明:GO介导下颗粒污泥中的产酸发酵优势菌为Clostridium sensu stricto,该菌的相对丰度是空白组的13.6倍。Clostridium sensu stricto是一类将有机物发酵产生丁酸和乙酸的发酵菌,Clostridium sensu stricto在活性污泥中的大量富集,提高了发酵系统的丁酸产量,从而促进了系统由混合酸发酵向丁酸型发酵的转化。AQDS、GO介导下絮状污泥中的产酸发酵优势菌分别为Pseudomonas、Clostridium sensu stricto。AQDS的加入促进了Pseudomonas的富集,进而提高了乙醇产量,而GO通过对Clostridium sensu stricto的富集提高了乙醇产量,实现了从丁酸型发酵向乙醇型发酵的转化。丙酸常常在厌氧消化系统中积累,而丙酸的过量积累往往会导致厌氧消化系统的“酸化”,因此,本论文继续考察了GO和AQDS对丙酸降解的影响及其生物学机制。研究结果表明:GO可以促进厌氧生物处理系统中丙酸盐的生物降解,且当GO浓度80 mg/L时,其促进丙酸厌氧降解效果最为显著。AQDS对于丙酸的降解没有明显促进作用,并且对产氢产乙酸作用和产甲烷作用具有一定的抑制作用。GO介导下的活性污泥中优势功能菌以Pseudomonas、Acinetobator等产氢产乙酸菌为主,产氢产乙酸菌的富集使得GO对丙酸厌氧降解具有显著的促进作用。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;X172
【图文】：

标准曲线,标准曲线,离心管,取水样

进样量为 2μL。用 1mL 注射器取水样于 1.5mL 离心管中，在 11000 rpm 条件离心 5min，取上清液于干净离心管中备用，测定前，以 1:20 的体积比加入 mol/L 的 HCl 摇匀。用外标法计算各 VFAs 的含量，各 VFAs 标准曲线如图所示

发酵气,准曲线,液体样品,使用说明书

图 2-2 发酵气体标准曲线析处理样品量足够，取 4mL 液体样品，分多次温离心 3min，弃置上层液体，倒置 2mLA活性污泥进行 DNA 提取。具体提取步骤参nd Soil DNA Kit 的试剂盒使用说明书。

发酵系统,组分,介体,污泥驯化

（1）污泥驯化絮状污泥来自太原某城市污水处理厂的缺氧池，污泥驯化方法同 3.2.1。（2）ROMs 及其浓度实验所用介体为：AQDS、GO；AQDS 浓度分别为：0、80 mg/L、200 mg/L、400 mg/L。GO 浓度分别为： 0、50 mg/L、80 mg/L、100 mg/L，实验设置三个平行组，用配置好的厌氧培养基作为溶剂配制相应浓度的介体溶液。葡萄糖作为唯一碳源，其浓度为 2g/L。（3）厌氧操作方法同 3.2.13.3 实验结果与讨论3.3.1 ROMs 的筛选在发酵系统中分别加入 GO、AQDS、指甲花醌、甲萘醌、溴氨酸五种不同的 ROMs，连续培养 48h，每隔 12h 取样，测定挥发酸浓度及其组成，实验结果如图 3-1 所示。

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