【摘要】：有機(jī)物甲烷發(fā)酵過程是在產(chǎn)酸發(fā)酵菌群、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群、同型產(chǎn)乙酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群對有機(jī)物的梯級(jí)利用下完成的。在參與厭氧生物處理的各類微生物菌群中,水解發(fā)酵菌種類最多,代謝產(chǎn)物多樣化,導(dǎo)致發(fā)酵類型的多樣化。氧化還原介體(ROMs)可通過其自身氧化態(tài)與還原態(tài)的循環(huán)轉(zhuǎn)換來加速電子在電子供體與電子受體間的傳遞,對厭氧發(fā)酵類型產(chǎn)生影響。本研究利用ROMs具有的電子傳遞功能和生物催化功能,通過定向調(diào)控發(fā)酵類型、減少丙酸產(chǎn)量和提高丙酸的降解速率兩條途徑,避免厭氧消化系統(tǒng)中丙酸的積累,提高反應(yīng)器的運(yùn)行效能和穩(wěn)定性。本論文首先選擇氧化石墨烯(GO)和蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)作為氧化還原介體,葡萄糖為底物,在35℃恒溫振蕩培養(yǎng)方式,研究了GO和AQDS對發(fā)酵類型的定向調(diào)控作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:GO可以定向調(diào)控顆粒污泥的發(fā)酵類型,使發(fā)酵類型由混合酸發(fā)酵向丁酸型發(fā)酵轉(zhuǎn)化,且80 mg/L的GO促進(jìn)作用最強(qiáng)。AQDS、GO都能夠調(diào)控絮狀污泥發(fā)酵類型,使發(fā)酵類型由丁酸型發(fā)酵向乙醇型發(fā)酵轉(zhuǎn)化,其中GO的濃度為80 mg/L、AQDS濃度為400 mg/L時(shí),促進(jìn)作用最強(qiáng)。為了進(jìn)一步揭示GO和AQDS定向調(diào)控發(fā)酵類型的生物學(xué)機(jī)理,隨后采用高通量測序技術(shù)對介體介導(dǎo)下活性污泥的組成進(jìn)行了解析。研究結(jié)果表明:GO介導(dǎo)下顆粒污泥中的產(chǎn)酸發(fā)酵優(yōu)勢菌為Clostridium sensu stricto,該菌的相對豐度是空白組的13.6倍。Clostridium sensu stricto是一類將有機(jī)物發(fā)酵產(chǎn)生丁酸和乙酸的發(fā)酵菌,Clostridium sensu stricto在活性污泥中的大量富集,提高了發(fā)酵系統(tǒng)的丁酸產(chǎn)量,從而促進(jìn)了系統(tǒng)由混合酸發(fā)酵向丁酸型發(fā)酵的轉(zhuǎn)化。AQDS、GO介導(dǎo)下絮狀污泥中的產(chǎn)酸發(fā)酵優(yōu)勢菌分別為Pseudomonas、Clostridium sensu stricto。AQDS的加入促進(jìn)了Pseudomonas的富集,進(jìn)而提高了乙醇產(chǎn)量,而GO通過對Clostridium sensu stricto的富集提高了乙醇產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)了從丁酸型發(fā)酵向乙醇型發(fā)酵的轉(zhuǎn)化。丙酸常常在厭氧消化系統(tǒng)中積累,而丙酸的過量積累往往會(huì)導(dǎo)致厭氧消化系統(tǒng)的“酸化”,因此,本論文繼續(xù)考察了GO和AQDS對丙酸降解的影響及其生物學(xué)機(jī)制。研究結(jié)果表明:GO可以促進(jìn)厭氧生物處理系統(tǒng)中丙酸鹽的生物降解,且當(dāng)GO濃度80 mg/L時(shí),其促進(jìn)丙酸厭氧降解效果最為顯著。AQDS對于丙酸的降解沒有明顯促進(jìn)作用,并且對產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用和產(chǎn)甲烷作用具有一定的抑制作用。GO介導(dǎo)下的活性污泥中優(yōu)勢功能菌以Pseudomonas、Acinetobator等產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌為主,產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的富集使得GO對丙酸厭氧降解具有顯著的促進(jìn)作用。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X703;X172
【圖文】：

進(jìn)樣量為 2μL。用 1mL 注射器取水樣于 1.5mL 離心管中，在 11000 rpm 條件離心 5min，取上清液于干凈離心管中備用，測定前，以 1:20 的體積比加入 mol/L 的 HCl 搖勻。用外標(biāo)法計(jì)算各 VFAs 的含量，各 VFAs 標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖所示

圖 2-2 發(fā)酵氣體標(biāo)準(zhǔn)曲線析處理樣品量足夠，取 4mL 液體樣品，分多次溫離心 3min，棄置上層液體，倒置 2mLA活性污泥進(jìn)行 DNA 提取。具體提取步驟參nd Soil DNA Kit 的試劑盒使用說明書。

（1）污泥馴化 絮狀污泥來自太原某城市污水處理廠的缺氧池，污泥馴化方法同 3.2.1。（2）ROMs 及其濃度 實(shí)驗(yàn)所用介體為：AQDS、GO；AQDS 濃度分別為：0、80 mg/L、200 mg/L、400 mg/L。GO 濃度分別為： 0、50 mg/L、80 mg/L、100 mg/L，實(shí)驗(yàn)設(shè)置三個(gè)平行組，用配置好的厭氧培養(yǎng)基作為溶劑配制相應(yīng)濃度的介體溶液。葡萄糖作為唯一碳源，其濃度為 2g/L。（3）厭氧操作方法 同 3.2.13.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.3.1 ROMs 的篩選在發(fā)酵系統(tǒng)中分別加入 GO、AQDS、指甲花醌、甲萘醌、溴氨酸五種不同的 ROMs，連續(xù)培養(yǎng) 48h，每隔 12h 取樣，測定揮發(fā)酸濃度及其組成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 3-1 所示。

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本文編號(hào)：2789000