石墨粉促进污泥电发酵产甲烷性能的机制及应用研究
发布时间：2021-09-02 05:52
厌氧消化是污泥处理处置的常用手段之一。它不仅能够回收清洁能源（甲烷）,而且还具有减少污泥体积、稳定污泥性质、提高污泥脱水效果等优点。污泥厌氧消化是一个多阶段的复杂过程,其中产甲烷阶段的产甲烷古菌与其他细菌的厌氧互营对改善污泥厌氧消化性能有着决定性的作用。因此有必要强化互营微生物之间的相互作用从而提高厌氧处理能力。本论文通过利用石墨粉的优越的导电性能及电化学反应迅速高效的特点,将石墨粉添加于电发酵反应器中,通过产甲烷性能、电化学性能、微生物群落结构、能效分析和经济效益分析的综合分析,探究导电物质强化电发酵产甲烷性能的可能性和经济性,明确导电物质、电子传递及产甲烷性能三者间的耦合关系和交互作用机制,结合分子生物学技术阐明电与厌氧微生物之间的协同作用关系。主要研究内容和结果如下:（1）石墨粉的添加能够有效提高污泥厌氧消化产甲烷性能。修正的Gompertz模型结果显示,电与石墨粉相互作用能够显著提高最大产甲烷速度,缩短发酵延迟时间。在-0.6V条件下,利用电与石墨粉相互作用的实验组（Graphite +Voltage）的最大产甲烷潜能达到2.99 mmol,比对照组（Control）及石墨粉添...
【文章来源】：福建农林大学福建省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－】中国大陆地区污泥分布概况（中国不同地区的污泥总产量，人均污泥产量，人??均ＧＤＰ）關??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｍａｉｎｌａｎｄ?Ｃｈｉｎａ?ｓｌｕｄｇｅ?ｄｉｓｔｒｉｂ?
图１４电发酵产曱烷过程中的氧化还原反应１６３１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｒｅｄｏｘ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏ－ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｅ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?｜６３＇??图１－５是阳极ｉｌｌ发酵的机制示意图，电极被视为一个不溶的电子供体（阴极）??或者电＿／？受体（阳极），而且不会对反应有限制。电极与微生物可通过纳米导线??或生物膜分泌的胞外多聚物来进行屯子传递。屯子传递也可以通过发酵过程产生??的氢气、甲酸、乙酸或添加人工合成的物质如中性红和甲基紫精。｜ｔｉ发酵的机制??可以分为：??（１）直接转化。在发酵微生物与电极构成的体系中，底物直接转化成目的??产物同时，产生的电子流通过ＮＡＤ＋／ＮＡＤＨ循环和胞外电子传递传给电极。??（２）鉍化还说电位控制。在发酵微生物与电极构成的体系屮，底物转化生??成卜丨的产物和部分副产物。迎过调节氧化还原电位，减少非目标产物的生成。产??生的电丫？流进入到ＮＡＩ）＋／ＮＡＤＨ循环，一部分电子进行胞外电子传递传给电极，??另一部分则用丁细胞中其他物质的合成。??（３）互营作用。发酵微生物可以降解底物，但是不能够与电极进行相互作??用，而产电微生物则可以与发酵微生物进行互营，又可以与电极进行直接Ｉ?ｌｉ子传??
Ｌ?Ｊ??Ｉｈｓｎｄｓ?ｉｎ?Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??图１４电发酵产曱烷过程中的氧化还原反应１６３１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｒｅｄｏｘ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏ－ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｅ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?｜６３＇??图１－５是阳极ｉｌｌ发酵的机制示意图，电极被视为一个不溶的电子供体（阴极）??或者电＿／？受体（阳极），而且不会对反应有限制。电极与微生物可通过纳米导线??或生物膜分泌的胞外多聚物来进行屯子传递。屯子传递也可以通过发酵过程产生??的氢气、甲酸、乙酸或添加人工合成的物质如中性红和甲基紫精。｜ｔｉ发酵的机制??可以分为：??（１）直接转化。在发酵微生物与电极构成的体系中，底物直接转化成目的??产物同时，产生的电子流通过ＮＡＤ＋／ＮＡＤＨ循环和胞外电子传递传给电极。??（２）鉍化还说电位控制。在发酵微生物与电极构成的体系屮，底物转化生??成卜丨的产物和部分副产物。迎过调节氧化还原电位，减少非目标产物的生成。产??生的电丫？流进入到ＮＡＩ）＋／ＮＡＤＨ循环，一部分电子进行胞外电子传递传给电极，??另一部分则用丁细胞中其他物质的合成。??（３）互营作用。发酵微生物可以降解底物
【参考文献】：
期刊论文
[1]以城镇污水处理厂污泥为原料的有机-无机复合肥研制[J]. 饶亦武,秦渤,付向阳,邓东,邹晶,彭佑文. 环保科技. 2016(05)
[2]电子穿梭体介导的微生物胞外电子传递:机制及应用[J]. 马金莲,马晨,汤佳,周顺桂,庄莉. 化学进展. 2015(12)
[3]中高温污泥厌氧消化系统中微生物群落比较[J]. 王腾旭,马星宇,王萌萌,禇厚娟,左剑恶,杨云锋. 微生物学通报. 2016(01)
[4]全国投运城镇污水处理设施现状与发展趋势分析[J]. 易建婷,张成,徐凤,罗程钟,陈宏,赵秀兰. 环境化学. 2015(09)
[5]pH值调控对餐厨垃圾厌氧消化效率的影响[J]. 裴占江,刘杰,王粟,史风梅,高亚冰,张大雷. 中国沼气. 2015(01)
[6]微生物胞外呼吸电子传递机制研究进展[J]. 马晨,周顺桂,庄莉,武春媛. 生态学报. 2011(07)
[7]生物炭生产与农用的意义及国内外动态[J]. 何绪生,耿增超,佘雕,张保健,高海英. 农业工程学报. 2011(02)
[8]土壤生物质炭环境行为与环境效应[J]. 刘玉学,刘微,吴伟祥,钟哲科,陈英旭. 应用生态学报. 2009(04)
[9]污泥厌氧消化技术的研究与进展[J]. 曹秀芹,陈爱宁,甘一萍,常江,周军. 环境工程. 2008(S1)
[10]温度对4种不同粪便厌氧消化产气效率及消化时间的影响[J]. 张翠丽,杨改河,任广鑫,楚莉莉,冯永忠,卜东升. 农业工程学报. 2008(07)
博士论文
[1]污泥化学调理及旋流脱水研究[D]. 吕文杰.华东理工大学 2016
[2]生物炭介导的鸡粪厌氧消化特性及机理研究[D]. 潘君廷.西北农林科技大学 2016
[3]电活性微生物与固体电极间的双向电子转移及其效应研究[D]. 余林鹏.中国科学院研究生院(广州地球化学研究所) 2016
[4]剩余污泥强化预处理及其厌氧产酸产甲烷研究[D]. 刘亚利.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]Fe3O4纳米颗粒对厌氧消化产甲烷过程的影响研究[D]. 钱风越.哈尔滨工业大学 2015
[2]有机负荷对餐厨垃圾干式厌氧消化系统性能的影响[D]. 覃亚宏.重庆大学 2015
[3]零价铁—厌氧污泥联合体系处理猪场废水的研究[D]. 郑爽爽.浙江大学 2015
[4]零价铁强化剩余污泥厌氧消化的研究[D]. 冯应鸿.大连理工大学 2014
本文编号：3378442
【文章来源】：福建农林大学福建省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－】中国大陆地区污泥分布概况（中国不同地区的污泥总产量，人均污泥产量，人??均ＧＤＰ）關??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｍａｉｎｌａｎｄ?Ｃｈｉｎａ?ｓｌｕｄｇｅ?ｄｉｓｔｒｉｂ?
图１４电发酵产曱烷过程中的氧化还原反应１６３１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｒｅｄｏｘ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏ－ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｅ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?｜６３＇??图１－５是阳极ｉｌｌ发酵的机制示意图，电极被视为一个不溶的电子供体（阴极）??或者电＿／？受体（阳极），而且不会对反应有限制。电极与微生物可通过纳米导线??或生物膜分泌的胞外多聚物来进行屯子传递。屯子传递也可以通过发酵过程产生??的氢气、甲酸、乙酸或添加人工合成的物质如中性红和甲基紫精。｜ｔｉ发酵的机制??可以分为：??（１）直接转化。在发酵微生物与电极构成的体系中，底物直接转化成目的??产物同时，产生的电子流通过ＮＡＤ＋／ＮＡＤＨ循环和胞外电子传递传给电极。??（２）鉍化还说电位控制。在发酵微生物与电极构成的体系屮，底物转化生??成卜丨的产物和部分副产物。迎过调节氧化还原电位，减少非目标产物的生成。产??生的电丫？流进入到ＮＡＩ）＋／ＮＡＤＨ循环，一部分电子进行胞外电子传递传给电极，??另一部分则用丁细胞中其他物质的合成。??（３）互营作用。发酵微生物可以降解底物，但是不能够与电极进行相互作??用，而产电微生物则可以与发酵微生物进行互营，又可以与电极进行直接Ｉ?ｌｉ子传??
Ｌ?Ｊ??Ｉｈｓｎｄｓ?ｉｎ?Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??图１４电发酵产曱烷过程中的氧化还原反应１６３１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｒｅｄｏｘ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏ－ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｅ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?｜６３＇??图１－５是阳极ｉｌｌ发酵的机制示意图，电极被视为一个不溶的电子供体（阴极）??或者电＿／？受体（阳极），而且不会对反应有限制。电极与微生物可通过纳米导线??或生物膜分泌的胞外多聚物来进行屯子传递。屯子传递也可以通过发酵过程产生??的氢气、甲酸、乙酸或添加人工合成的物质如中性红和甲基紫精。｜ｔｉ发酵的机制??可以分为：??（１）直接转化。在发酵微生物与电极构成的体系中，底物直接转化成目的??产物同时，产生的电子流通过ＮＡＤ＋／ＮＡＤＨ循环和胞外电子传递传给电极。??（２）鉍化还说电位控制。在发酵微生物与电极构成的体系屮，底物转化生??成卜丨的产物和部分副产物。迎过调节氧化还原电位，减少非目标产物的生成。产??生的电丫？流进入到ＮＡＩ）＋／ＮＡＤＨ循环，一部分电子进行胞外电子传递传给电极，??另一部分则用丁细胞中其他物质的合成。??（３）互营作用。发酵微生物可以降解底物
【参考文献】：
期刊论文
[1]以城镇污水处理厂污泥为原料的有机-无机复合肥研制[J]. 饶亦武,秦渤,付向阳,邓东,邹晶,彭佑文. 环保科技. 2016(05)
[2]电子穿梭体介导的微生物胞外电子传递:机制及应用[J]. 马金莲,马晨,汤佳,周顺桂,庄莉. 化学进展. 2015(12)
[3]中高温污泥厌氧消化系统中微生物群落比较[J]. 王腾旭,马星宇,王萌萌,禇厚娟,左剑恶,杨云锋. 微生物学通报. 2016(01)
[4]全国投运城镇污水处理设施现状与发展趋势分析[J]. 易建婷,张成,徐凤,罗程钟,陈宏,赵秀兰. 环境化学. 2015(09)
[5]pH值调控对餐厨垃圾厌氧消化效率的影响[J]. 裴占江,刘杰,王粟,史风梅,高亚冰,张大雷. 中国沼气. 2015(01)
[6]微生物胞外呼吸电子传递机制研究进展[J]. 马晨,周顺桂,庄莉,武春媛. 生态学报. 2011(07)
[7]生物炭生产与农用的意义及国内外动态[J]. 何绪生,耿增超,佘雕,张保健,高海英. 农业工程学报. 2011(02)
[8]土壤生物质炭环境行为与环境效应[J]. 刘玉学,刘微,吴伟祥,钟哲科,陈英旭. 应用生态学报. 2009(04)
[9]污泥厌氧消化技术的研究与进展[J]. 曹秀芹,陈爱宁,甘一萍,常江,周军. 环境工程. 2008(S1)
[10]温度对4种不同粪便厌氧消化产气效率及消化时间的影响[J]. 张翠丽,杨改河,任广鑫,楚莉莉,冯永忠,卜东升. 农业工程学报. 2008(07)
博士论文
[1]污泥化学调理及旋流脱水研究[D]. 吕文杰.华东理工大学 2016
[2]生物炭介导的鸡粪厌氧消化特性及机理研究[D]. 潘君廷.西北农林科技大学 2016
[3]电活性微生物与固体电极间的双向电子转移及其效应研究[D]. 余林鹏.中国科学院研究生院(广州地球化学研究所) 2016
[4]剩余污泥强化预处理及其厌氧产酸产甲烷研究[D]. 刘亚利.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]Fe3O4纳米颗粒对厌氧消化产甲烷过程的影响研究[D]. 钱风越.哈尔滨工业大学 2015
[2]有机负荷对餐厨垃圾干式厌氧消化系统性能的影响[D]. 覃亚宏.重庆大学 2015
[3]零价铁—厌氧污泥联合体系处理猪场废水的研究[D]. 郑爽爽.浙江大学 2015
[4]零价铁强化剩余污泥厌氧消化的研究[D]. 冯应鸿.大连理工大学 2014
本文编号：3378442
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