酿造废弃物碳氮调质强化污泥厌氧发酵产酸及微生物群落结构分析

发布时间：2017-12-14 13:17

  本文关键词：酿造废弃物碳氮调质强化污泥厌氧发酵产酸及微生物群落结构分析

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【摘要】：随着污水处理力度的逐渐加强和污水处理厂数量的增加,剩余污泥产量也日益增多。针对污泥有必要采取有效的处理处置方案,方可实现污泥资源化,同时降低其对环境造成的二次污染。污泥厌氧消化是实现污泥减量化和资源化的有效途径之一。而剩余污泥中C/N比较低,为解决污泥发酵过程由于C/N比低引起的一系列问题,考虑在消化体系加入外加碳源。结合山西本省酿醋、酿酒行业发展的实际情况,本文考虑将酿造废弃物作为污泥调质碳源,在实验室做小试研究。首先研究不同预处理醋糟对污泥发酵性能和挥发性脂肪酸产量的提高程度;通过醋糟实验得出适合酿造废弃物的预处理方法,并以醋糟、酒糟和酱糟为调质碳源,研究不同酿造废弃物对污泥蛋白质降解和发酵产酸的促进作用;其次以高通量分子诊断技术分析共发酵体系微生物群落多样性和结构变化规律,为实现污泥、酿造废弃物的同时资源化提供参考依据。主要结论如下:1.氨水、硫酸和热碱三种典型的预处理方法均可有效去除醋糟中的木质素,破坏醋糟中的氢键,同时也使纤维素发生润胀作用,只是在程度上有差别。处理之后醋糟的生物可及性有不同程度的增加,有利于其在后续发酵过程中的降解。2.预处理醋糟作为外加碳源进行共发酵,结果显示,共发酵体系中蛋白质浓度增加,细胞外的水解酶活性的增强,即醋糟对污泥蛋白质降解有促进作用,进而促进了发酵产酸效能。热碱预处理的醋糟对剩余污泥对发酵产酸的促进作用明显优于氨水和硫酸预处理。采用热碱预处理醋糟实验组的挥发性脂肪酸最大浓度为3105±35 mg COD/L,是空白组(1083±40 mg COD/L)的2.9倍;而氨水和硫酸实验组浓度明显低于热碱组,分别为1885±159、1561±168 mg COD/L。3.醋糟与污泥共发酵在挥发酸浓度最大时的组分分析结果显示,挥发酸浓度的提高主要体现在C2~C3小分子碳源上。氨水、硫酸实验组乙酸、丙酸比例之和分别为84.5%和79.1%,远大于热碱实验组的和66.9%。热碱预处理的醋糟虽可以大大提高总挥发酸产量,但其中C2~C3小分子碳源的比例却没有氨水和硫酸预处理醋糟的高。4.由于醋糟、酒糟和酱糟均属于酿造废弃物,组成上相似程度很大,因而以热碱作为不同酿造废弃物的预处理方法。以三种酿造废弃物为外加碳源共发酵结果显示,酱糟发酵产酸的效果远远大于醋糟和酒糟,挥发酸最大浓度可达4517±367 mg COD/L,达到了空白组的4.2倍。醋糟、酒糟实验组挥发酸最大浓度仅为3105±35和3144±69 mg COD/L,产酸促进效果差异性不大。挥发酸浓度的提高同样主要体现在C2~C3小分子碳源上。醋糟、酒糟和酱糟实验组乙酸、丙酸浓度之和分别为2077、2253、3308 mg COD/L,分别比空白组增加了2.9、3.2、6.2倍。酱糟组总挥发酸浓度及C2~C3小分子碳源转化效果最好。5.酿造废弃物调质强化剩余污泥发酵产酸的本质原因是由于微生物菌群的变化,本研究通过微生物测序来揭示其变化特征。多样性指数如Shannon和Simpson指数显示,添加醋糟、酒糟和酱糟作为外加碳源,共发酵体系生物多样性降低,尤以酱糟组最明显,即添加酿造废弃物有利于发酵体系功能微生物的富集,更好的进行发酵产酸。6.通过对不同样品门、纲、属三个层次上的微生物百分比对比分析得出,微生物群落结构确实发生了变化。与水解酶和有机酸生成密切相关的梭状芽孢杆菌纲(Clostridia)增量尤其大,且酱糟组中含量最多。其他功能菌属含量在添加酿造废弃物组样品中也有不同程度的增加,各组的优势菌属发生了变化。尤以Acetoanaerobium、Proteiniclasticum、Levilinea、Cloacibacillus、Petrimonas这几种典型功能菌群的增量最大,含量的增加正好解释了添加酿造废弃物对发酵产酸的促进作用,增量的不同表明当外加碳源不同时,会对发酵体系微生物菌群产生影响,进而再影响发酵产酸效率。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;X172

【参考文献】

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本文编号：1288053