氧化还原介体强化废水厌氧生物处理效能研究

论文摘要

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。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 废水厌氧消化

1.1.1 废水厌氧消化概述

1.1.2 废水厌氧消化过程

1.2 有机废水厌氧发酵类型

1.3 影响厌氧发酵类型的因素

1.3.1 碳/氮（C/N）

1.3.2 金属元素

1.3.3 发酵底物的种类

1.3.4 底物浓度

1.3.5 氧化还原电位（ORP）

1.3.6 pH

1.3.7 污泥结构

1.3.8 反应器构型

1.4 氧化还原介体（ROMs）

1.4.1 概述

1.4.2 氧化还原介体的作用机理

1.4.3 氧化还原介体在水处理中的应用

1.4.4 氧化石墨烯（GO）在水处理中的应用

1.5 论文的研究目的及主要研究内容

1.5.1 研究目的与意义

1.5.2 研究内容与技术路线

第二章实验材料与方法

2.1 实验装置

2.2 实验仪器及药品

2.2.1 实验仪器

2.2.2 实验材料

2.3 分析项目及方法

2.3.1 常规项目

2.3.2 微生物组成分析

第三章氧化还原介体定向调控厌氧发酵类型研究

3.1 实验装置

3.2 实验方法

3.2.1 ROMs 的筛选

3.2.2 ROMs 对颗粒污泥发酵类型的影响

3.2.3 ROMs 对絮状污泥发酵类型的影响

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 ROMs 的筛选

3.3.2 ROMs 对发酵类型的影响

3.3.2.1 ROMs 对颗粒污泥厌氧发酵类型的影响

3.3.2.2 氧化还原介体对絮状污泥厌氧发酵类型的影响

3.4 本章小结

第四章氧化还原介体调控厌氧发酵类型的生物学机制

4.1 氧化石墨烯（GO）调控颗粒污泥发酵类型的微生物演替规律

4.2 ROMs 调控絮状污泥发酵类型的微生物演替规律

4.2.1 ROMs 调控絮状污泥发酵类型的群落结构分析

4.2.2 ROMs 调控絮状污泥发酵类型的群落多样性分析

4.2.3 氧化还原介体调控絮状污泥发酵类型的聚类分析

4.3 本章小结

第五章氧化还原介体定向调控丙酸降解

5.1 实验装置

5.2 实验方法

5.2.1 污泥来源与预培养

5.2.2 污泥驯化培养

5.3 实验结果与讨论

5.3.1 GO、AQDS介导丙酸降解效果研究

5.3.2 微生物群落结构分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢

个人简介及联系方式

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李彦霖

导师: 张立国

关键词: 氧化还原介体,厌氧消化,发酵类型,丙酸降解

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 山西大学

分类号: X703;X172

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.000536

总页数: 68

文件大小: 4725K

下载量: 119

氧化还原介体强化废水厌氧生物处理效能研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢