【摘要】：厭氧發(fā)酵過(guò)程中,厭氧微生物對(duì)有機(jī)廢棄物或有機(jī)生物質(zhì)進(jìn)行無(wú)害化處理的同時(shí),還可將其轉(zhuǎn)化為可提取的高能量物質(zhì),既可有效解決有機(jī)廢棄物處置不當(dāng)引起的環(huán)境污染問題,又可促進(jìn)能源供應(yīng)的可持續(xù)發(fā)展。厭氧發(fā)酵能源回收技術(shù)的目標(biāo)產(chǎn)物主要包括可直接作為能源的甲烷和氫氣、以及作為能量物質(zhì)前體物的揮發(fā)性脂肪酸和中鏈脂肪酸。中鏈脂肪酸具有較長(zhǎng)的疏水性碳鏈,易于從水中分離,是一些高附加值產(chǎn)品的前體物質(zhì),可以用于制造生物燃料,潤(rùn)滑劑,橡膠和染料等產(chǎn)品。本文為了探討不同的電子供體與電子受體相組合參與碳鏈延長(zhǎng)反應(yīng)的機(jī)理,將乙醇和乳酸作為碳鏈延長(zhǎng)發(fā)酵的電子供體,乙酸和丁酸作為碳鏈延長(zhǎng)發(fā)酵的電子受體,考察了不同組合的電子供體與電子受體對(duì)厭氧混合菌碳鏈延長(zhǎng)發(fā)酵效果的影響。研究表明單一電子共同體和單一電子受體條件下,乳酸作為電子供體,乙酸作為電子受體的組合是最適合厭氧混合菌發(fā)酵進(jìn)行碳鏈延長(zhǎng)反應(yīng)的碳源組合,該組合加入混合菌培養(yǎng)基瓶進(jìn)行厭氧發(fā)酵后得到了四組試驗(yàn)中最高的正己酸濃度482.94mMC(9.35g/L),而乙醇乙酸組試驗(yàn)中正己酸濃度達(dá)到132.72mMC(2.57g/L)后微生物受到抑制,己酸濃度不再增加。當(dāng)微生物以乳酸為電子供體,以乙酸和丁酸為電子受體進(jìn)行碳鏈延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí),較高的乙酸濃度有利于產(chǎn)高濃度正己酸,較高的正丁酸濃度可能能夠縮短產(chǎn)丁酸累積過(guò)程,提高產(chǎn)物中正己酸占比,因此以乳酸、乙酸和丁酸的混合酸組合可能更有利于產(chǎn)高濃度的正己酸。為了探討剩余污泥產(chǎn)中鏈脂肪酸的可行性,以不同濃度的剩余污泥為原料,經(jīng)產(chǎn)酸發(fā)酵后取上清液進(jìn)行碳鏈延長(zhǎng)反應(yīng)。試驗(yàn)將低濃度剩余污泥置于溫度為30℃(300mL剩余污加200mL上清液),pH為5和10的條件下進(jìn)行為期7天的厭氧發(fā)酵,pH=10的培養(yǎng)基瓶中得到了較高的乙酸濃度117.86mMC(3.54g/L)和丁酸濃度25.56mMC(0.56g/L)。隨后將高濃度剩余污泥(未稀釋的剩余污泥)置于相同條件下(溫度為30℃,pH=10)厭氧發(fā)酵7天,得到了最高的乙酸濃度224.1mMC(6.72g/L)和最高丁酸濃度27.2mMC(0.60 g/L)。將高濃度剩余污泥厭氧發(fā)酵7天后的上清液與厭氧混合菌混合后加入乳酸進(jìn)行厭氧發(fā)酵,最終產(chǎn)得103.92mMC(2.01g/L)正己酸,表明依靠厭氧發(fā)酵利用剩余污泥產(chǎn)中鏈脂肪酸具有一定的可行性。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

６Ｈ＋逡逑圖１．邋１較高底物濃度條件下乙醇和乙酸轉(zhuǎn)化為正丁酸逡逑在還原反應(yīng)中有兩個(gè)步驟是依靠ＮＡＤＨ完成的（圖１．１中的（ｉ）和（ｉｉ））。過(guò)逡逑程（ｉ）中，在３－羥基丁酰輔酶Ａ脫氫酶的催化作用下，ＮＡＤＨ將質(zhì)子轉(zhuǎn)移，使得５逡逑分子乙酰乙酰輔酶Ａ被還原為３－羥基丁酰輔酶Ａ。過(guò)程（ｉｉ）中，Ａ）邋丁酰輔酶Ａ脫逡逑氫酶和Ｂ）電子轉(zhuǎn)移黃素蛋白組成的復(fù)合物ＢｃｄＡ－ＥｔｆＢＣ將電子分流（圖１．１、圖１．３），逡逑在它的催化作用下，源自ＮＡＤＨ的兩個(gè)電子轉(zhuǎn)移到不同的受體上。１０個(gè)電子被轉(zhuǎn)逡逑移到５分子２－丁烯酰輔酶Ａ上，產(chǎn)生５分子丁酰輔酶Ａ；另外１０個(gè)電子將氧化態(tài)的鐵逡逑氧化還原蛋白（圖１．１、圖１．３中Ｆｄ〗ｘ）還原至還原態(tài)（圖１．１、圖１．３中Ｆｄｒｅｄ）。逡逑后續(xù)反應(yīng)中，１０個(gè)Ｆｄｒａｄ再一次通過(guò)兩個(gè)途徑（圖１．１中的（ｉｉｉ）和（ｉｖ））氧逡逑化成ＦｄＪｘ。在過(guò)程（ｉｉｉ）中，４個(gè)質(zhì)子在氫化酶的催化作用下還原為２分子Ｈ２；過(guò)逡逑程（ｉｖ）中

＇＇邐（２）逡逑較低濃度的底物條件下，產(chǎn)丁酸的過(guò)程發(fā)生了一些變化（圖１．２中的（ｖ）和逡逑（ｖｉ））。過(guò)程（ｖ）中較低的底物濃度降低了乙酰乙酰輔酶Ａ的濃度，進(jìn)而在下一逡逑部過(guò)程（ｖｉ）中，若依靠ＮＡＤＨ作為還原劑反應(yīng)接近平衡，難以將乙酰乙酰輔酶Ａ逡逑還原成３－羥基丁酰輔酶Ａ，因此微生物依靠ＮＡＤＰＨ來(lái)將反應(yīng)平衡推向丁酰輔酶Ａ逡逑的合成［８４］。ＮＡＤＰＨ可以使微生物在較低的乙酰乙酰輔酶Ａ濃度條件下快速的完成逡逑還原反應(yīng)。盡管ＮＡＤ＋和ＮＡＤＰ＋的氧化還原電位相同（Ｅａ＝－３２０ｍＶ），但微生物能夠逡逑保持ＮＡＤＰＨ／ＮＡＤＰ＋？１００邋（Ｅ’＝－３８０ｍＶ），而ＮＡＤＨ／ＮＡＤ＋？０．０５邋（Ｅ＝－２８０ｍＶ）邋［８５］，因逡逑而ＮＡＤＰ還原性更強(qiáng)�？耸纤缶揽浚危粒模纫蕾囆瓦�原態(tài)鐵氧化還原蛋白（ＮＡＤＰ逡逑還原酶，Ｎｆｎ）將ＮＡＤＰ＋還原為ＮＡＤＰＨ邋（圖邋１．２）邋［８６］。逡逑圖１．２的過(guò)程（ｖｉｉ）和（ｖｉｉｉ）中，來(lái)源與兩個(gè)不同電子供體（ＮＡＤＨ和Ｆｄｒｅｄ）逡逑９逡逑

逡逑前述克氏梭菌發(fā)酵途徑中產(chǎn)生的丁酸可以繼續(xù)參與逆Ｐ氧化循環(huán)使碳鏈進(jìn)一逡逑步延長(zhǎng)產(chǎn)己酸（圖１．３）。循環(huán)反應(yīng)過(guò)程與前述反應(yīng)類似，過(guò)程（ｉｘ）中正丁酸與己逡逑酰輔酶Ａ交換基團(tuán)轉(zhuǎn)化為丁酰輔酶Ａ，隨后丁酰輔酶Ａ與乙醇轉(zhuǎn)化而來(lái)的乙酰輔酶逡逑Ａ反應(yīng)轉(zhuǎn)化為３－酮基己酰輔酶Ａ。過(guò)程（ｘ）中，依靠ＮＡＤＨ，邋３－酮基己酰輔酶Ａ被逡逑還原為３－羥基己酰輔酶Ａ，進(jìn)而脫水轉(zhuǎn)化為２－己烯酰輔酶Ａ。隨后的過(guò)程（ｘｉ）中，逡逑在己酰輔酶Ａ脫氫酶和電子傳遞黃素蛋白的作用下，來(lái)自ＮＡＤＨ的電子被轉(zhuǎn)移至２－逡逑己烯酰輔酶Ａ還原得到己酰輔酶Ａ，最終得到己酸［８７］逡逑１．５．７利用易降解原料產(chǎn)中鏈脂肪酸逡逑易降解原料主要由短鏈脂肪酸、其他單體或短鏈聚合物如蔗糖組成。相較于逡逑復(fù)雜的底物，微生物處理這些物質(zhì)所需要的時(shí)間較短（＜２天）。Ｓｔｅｉｎｂｕｓｃｈ等人逡逑（２０１１）邋［１３］以及［８８，８９］Ｇｒｏｏｔｓｃｈｏｌｔｅｎ等人（２０１３）在試驗(yàn)中用工業(yè)生產(chǎn)的乙醇和乙逡逑酸作為底物

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 袁志慧;尤朝陽(yáng);王磊;張路廣;;秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)展[J];環(huán)�？萍�;2015年02期

2 趙宋敏;李定龍;王晉;馬建鋒;申榮艷;;基于活性污泥的廚余垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸研究[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2011年01期

3 史金才;廖新O

本文編號(hào)：2770298