金霉素污染鸡粪厌氧消化的研究

发布时间：2020-06-09 00:30

【摘要】：集约化养殖带来的鸡粪污染问题日趋严峻。厌氧消化是降低、消除鸡粪污染,实现其资源化利用的有效途径,但规模化养鸡中普遍添加抗生素,通过粪便进入环境后,不仅严重威胁生态平衡和公共健康,还制约着鸡粪厌氧消化的工程化应用。目前尚缺乏抗生素污染对鸡粪厌氧消化工艺长期运行影响的基础数据。本文对比研究批次试验条件下和连续实验条件下金霉素(Chlortetracycline,CTC)对鸡粪厌氧消化的影响,分析两种条件下产气特征和消化液理化特性,掌握各自条件下的消化特征及CTC削减效果,查明其抑制阈值,揭示厌氧污泥对CTC毒性的应对机制,并通过物料及能量平衡计算,对工艺系统经济性进行了评估,结合微生物种群结构分析阐明了CTC对鸡粪厌氧消化影响的微生物学机理,为CTC污染畜禽粪便厌氧消化工艺的工程化应用提供理论依据。得到主要结果如下:(1)批次试验条件下,当CTC浓度≤20 mg·L~(-1)时,累积甲烷产量随CTC浓度增加而增加,CTC浓度≥60 mg·L~(-1)时产气受抑制,且抑制率随CTC浓度升高而增大,中温条件下CTC对鸡粪厌氧消化抑制阈值为22.16 mg·L~(-1)(以干重计547.2 mg·kg~(-1))。(2)连续试验条件下,当CTC浓度为1.25~25 mg·L~(-1)时,鸡粪厌氧消化产气速率和有机物降解率提高。CTC对厌氧消化的水解、酸化、乙酸化和甲烷化进程均具有一定促进作用,其中CTC为10 mg·L~(-1)时COD甲烷转化率和净势能最大。厌氧污泥EPS由LB-EPS和TB-EPS向S-EPS的转化对水解的促进,以及去除的CTC作为碳源导致产甲烷量增加。(3)连续试验条件下,当CTC浓度为50~100 mg·L~(-1)时,鸡粪厌氧消化的产气速率和有机物降解率降低。微生物通过增加EPS的分泌和加速EPS蛋白的释放以应对CTC毒性。CTC对鸡粪厌氧消化的水解、酸化、乙酸化和甲烷化进程均具有一定抑制作用,其中CTC为100 mg·L~(-1)时COD甲烷转化率和净势能最小。CTC对厌氧消化甲烷产率的抑制阈值为29.90 mg·L~(-1)(以干重计598.0 mg·kg~(-1)),CSTR连续消化系统通过对微生物的适应性驯化提高了其对CTC的耐受能力。(4)CTC的厌氧去除率随CTC浓度的增加而下降,吸附在固相中的CTC大幅度上升。当CTC浓度为10~100 mg·L~(-1)时,连续系统对其蓄积效应增强。CTC易吸附于沼渣中,残留药物对环境存在较大威胁,需进一步无害化处理后才可作为有机肥还田使用。(5)CTC的添加降低了鸡粪中温连续厌氧消化系统微生物物种的丰富度和多样性。寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、诺卡氏菌属(Nocardioides)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)对CTC抗性较强的微生物成为优势菌属,CTC污染鸡粪厌氧消化工艺的长期运行可提高发酵微生物的耐药性。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X713

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