镍及其螯合物对甲烷发酵的影响及机理研究
发布时间：2023-03-25 08:20
以厌氧消化为核心技术、以废弃物资源化为目的沼气工程目前正成为处理、利用城市垃圾、工业有机废水、畜禽粪便和污水厂剩余污泥最有效、前景最广阔的手段之一。微量元素在甲烷发酵过程中具有重要作用,缺乏必要的微量元素会导致生物活力下降,进而影响整个厌氧反应器的运行效果和稳定性。工业废水、城市污泥及其处理过程中常会产生或含有硫化物,而硫化物及其他一些阴离子如磷酸根和碳酸根等能与金属离子生成沉淀,因此在实际厌氧消化处理系统中,微量元素不能以充足量和有效的生物学形式存在,底物的最大转化率受到影响。本研究以镍离子为主要研究对象,通过采用向厌氧发酵系统中添加金属离子螯合剂的方法,提高了微量元素的生物可利用性,优化了产甲烷菌的营养条件,甲烷发酵得到增强。主要研究内容如下: (1)考察了微量元素镍在甲烷发酵过程中的重要作用。镍对甲烷发酵存在Hormesis即“低促高抑”效应。在一定浓度范围内,甲烷产量随着镍离子浓度的提高而提高。硫化物的存在使得镍的投加量大幅增加。金属离子螯合剂与镍之间的螯合作用则使镍的存在形态发生了改变,从硫化物沉淀形态向溶解态转化,此时,镍离子不再成为产甲烷过程的限制因子。柠檬酸(CA)、氨...
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 产甲烷研究进展
1.2.1 甲烷的生物合成途径及其形成过程的酶学
1.2.2 产甲烷菌研究进展
1.2.3 产甲烷新工艺
1.3 微量元素在甲烷发酵过程中的作用
1.3.1 金属元素的生物效应
1.3.2 产甲烷菌对微量元素的需求
1.3.3 微量金属元素促进甲烷发酵的研究进展
1.3.4 微量金属元素生物有效度
1.4 本论文的主要研究内容
1.4.1 当前研究中存在的问题:微量金属元素形态及其生物可利用性
1.4.2 本论文的主要研究内容
第二章 镍及其螯合物对甲烷发酵的影响
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验方法
2.2.3 分析方法
2.3 结果与讨论
2.3.1 镍离子浓度对产甲烷过程的Hormesis效应
2.3.2 螯合剂对厌氧消化产甲烷的影响
2.3.3 螯合剂对总溶解性镍离子浓度的影响
2.3.4 Ni2+-NTA螯合物对厌氧消化过程的影响
2.3.5 Ni的形态及其生物可利用性讨论
2.4 本章小结
第三章 不同环境条件下镍及其螯合物的施用效应研究
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 厌氧污泥
3.2.2 不同硫化物浓度下的厌氧消化实验
3.2.3 不同VFA基质条件下的厌氧消化实验
3.2.4 不同基质浓度下的厌氧消化实验
3.2.5 不同初始pH值条件下的厌氧消化实验
3.2.6 不同氨氮浓度下的厌氧消化实验
3.2.7 分析方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 NTA在不同硫化物浓度下的添加效应
3.3.2 NTA对不同VFA基质的产甲烷促进效应
3.3.3 NTA在不同基质浓度下的产甲烷促进效应
3.3.4 不同初始pH值条件下NTA对产甲烷的影响
3.3.5 不同氨氮浓度下NTA对产甲烷的影响
3.4 本章小结
第四章 镍及其螯合物促进甲烷发酵的动力学与酶学机制
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 实验材料
4.2.2 实验方法
4.2.3 分析方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 Ni-NTA螯合物促进厌氧消化反应的动力学
4.3.2 厌氧污泥中的辅因子浓度
4.4 本章小结
第五章 镍及其螯合物在含硫酸盐废水甲烷发酵中的应用研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 接种污泥
5.2.2 合成废水
5.2.3 实验装置
5.2.4 实验设计
5.2.5 实验方法
5.2.6 分析方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 NTA对含硫酸盐废水发酵甲烷产量的影响
5.3.2 NTA对含硫酸盐废水发酵乙酸去除的影响
5.3.3 NTA对硫酸盐还原的影响
5.3.4 NTA对厌氧污泥中微量元素形态分布的影响
5.3.5 NTA浓度对甲烷发酵的影响
5.3.6 厌氧污泥中辅因子含量
5.3.7 NTA抑制硫酸盐还原、促进甲烷发酵的机理探讨
5.4 本章小结
第六章 镍及其螯合物影响甲烷发酵过程的机理分析
6.1 引言
6.2 金属元素的生物吸收理论
6.3 材料和方法
6.3.1 反应器运行实验
6.3.2 荧光原位杂交实验
6.3.3 镍的生物吸收实验
6.4 结果与讨论
6.4.1 反应器中COD去除情况对比
6.4.2 反应器中微量元素形态变化过程
6.4.3 辅因子浓度与产甲烷活性的关系
6.4.4 产甲烷菌数量的演变
6.4.5 镍的生物吸收模型讨论
6.5 本章小结
第七章 研究结论
论文创新点
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的学术成果
本文编号：3770885
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 产甲烷研究进展
1.2.1 甲烷的生物合成途径及其形成过程的酶学
1.2.2 产甲烷菌研究进展
1.2.3 产甲烷新工艺
1.3 微量元素在甲烷发酵过程中的作用
1.3.1 金属元素的生物效应
1.3.2 产甲烷菌对微量元素的需求
1.3.3 微量金属元素促进甲烷发酵的研究进展
1.3.4 微量金属元素生物有效度
1.4 本论文的主要研究内容
1.4.1 当前研究中存在的问题:微量金属元素形态及其生物可利用性
1.4.2 本论文的主要研究内容
第二章 镍及其螯合物对甲烷发酵的影响
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验方法
2.2.3 分析方法
2.3 结果与讨论
2.3.1 镍离子浓度对产甲烷过程的Hormesis效应
2.3.2 螯合剂对厌氧消化产甲烷的影响
2.3.3 螯合剂对总溶解性镍离子浓度的影响
2.3.4 Ni2+-NTA螯合物对厌氧消化过程的影响
2.3.5 Ni的形态及其生物可利用性讨论
2.4 本章小结
第三章 不同环境条件下镍及其螯合物的施用效应研究
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 厌氧污泥
3.2.2 不同硫化物浓度下的厌氧消化实验
3.2.3 不同VFA基质条件下的厌氧消化实验
3.2.4 不同基质浓度下的厌氧消化实验
3.2.5 不同初始pH值条件下的厌氧消化实验
3.2.6 不同氨氮浓度下的厌氧消化实验
3.2.7 分析方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 NTA在不同硫化物浓度下的添加效应
3.3.2 NTA对不同VFA基质的产甲烷促进效应
3.3.3 NTA在不同基质浓度下的产甲烷促进效应
3.3.4 不同初始pH值条件下NTA对产甲烷的影响
3.3.5 不同氨氮浓度下NTA对产甲烷的影响
3.4 本章小结
第四章 镍及其螯合物促进甲烷发酵的动力学与酶学机制
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 实验材料
4.2.2 实验方法
4.2.3 分析方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 Ni-NTA螯合物促进厌氧消化反应的动力学
4.3.2 厌氧污泥中的辅因子浓度
4.4 本章小结
第五章 镍及其螯合物在含硫酸盐废水甲烷发酵中的应用研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 接种污泥
5.2.2 合成废水
5.2.3 实验装置
5.2.4 实验设计
5.2.5 实验方法
5.2.6 分析方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 NTA对含硫酸盐废水发酵甲烷产量的影响
5.3.2 NTA对含硫酸盐废水发酵乙酸去除的影响
5.3.3 NTA对硫酸盐还原的影响
5.3.4 NTA对厌氧污泥中微量元素形态分布的影响
5.3.5 NTA浓度对甲烷发酵的影响
5.3.6 厌氧污泥中辅因子含量
5.3.7 NTA抑制硫酸盐还原、促进甲烷发酵的机理探讨
5.4 本章小结
第六章 镍及其螯合物影响甲烷发酵过程的机理分析
6.1 引言
6.2 金属元素的生物吸收理论
6.3 材料和方法
6.3.1 反应器运行实验
6.3.2 荧光原位杂交实验
6.3.3 镍的生物吸收实验
6.4 结果与讨论
6.4.1 反应器中COD去除情况对比
6.4.2 反应器中微量元素形态变化过程
6.4.3 辅因子浓度与产甲烷活性的关系
6.4.4 产甲烷菌数量的演变
6.4.5 镍的生物吸收模型讨论
6.5 本章小结
第七章 研究结论
论文创新点
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的学术成果
本文编号：3770885
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