利用水葫蘆厭氧消化產(chǎn)沼氣實現(xiàn)其能源化利用是近年來的研究熱點。在厭氧消化實際應(yīng)用中,采用較高的有機負(fù)荷可提高設(shè)備利用率,節(jié)約成本,但是,在超過一定負(fù)荷后,水葫蘆的厭氧消化系統(tǒng)會發(fā)生有機酸積累,從而抑制產(chǎn)甲烷過程。因此,有效緩解高有機負(fù)荷下的有機酸積累,對促進水葫蘆厭氧消化具有重要意義。本文分別研究了單獨添加剩余污泥(系列1)、單獨添加金屬零價鐵(系列2)以及兩者同時添加(系列3)對水葫蘆厭氧消化的影響。系列1實驗設(shè)置了5種剩余污泥和水葫蘆比例(4:0、3:1、2:2、1:3和0:4),探討了不同混合比例對水葫蘆厭氧消化的影響,利用高通量測序技術(shù)分析了添加剩余污泥對水葫蘆厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)微生物菌群的變化。系列2實驗設(shè)置了4組不同零價鐵投加量(0,0.12,0.36,0.6 g/g-VSS),探討了添加零價鐵對于水解酸化和產(chǎn)甲烷的影響,分析了引入零價鐵對水葫蘆厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)微生物的影響。系列3實驗基于系列1得出的最優(yōu)剩余污泥添加比例,設(shè)置了4組不同零價鐵投加量(0,0.12,0.36,0.6 g/g-VSS),研究了零價鐵對水葫蘆與剩余污泥混合厭氧消化的影響,利用焦磷酸高通量測序手段分析了相應(yīng)的厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)微生物的變化。得出的主要研究結(jié)果如下:(1)系列1實驗結(jié)果表明:與水葫蘆單獨厭氧消化相比,剩余污泥和水葫蘆混合比例為1:3時,甲烷累積產(chǎn)量最大,提高67.7%;3:1混合條件下協(xié)同效應(yīng)最明顯,甲烷產(chǎn)量實際值比理論值提高23.4%。微生物分析表明,剩余污泥的加入可以增加消化體系中微生物菌落多樣性,使微生物優(yōu)勢菌群發(fā)生改變,細(xì)菌sytrophonomous屬與古菌甲烷囊菌屬(Methanoculleus)形成互養(yǎng)代謝,從而提高水葫蘆的消化性能。(2)系列2實驗結(jié)果表明:本實驗零價鐵最佳投加量為0.36 g/g-VSS,添加零價鐵促進了水解酸化過程,甲烷累積產(chǎn)量較對照組提高了36.8%,總固體(TSS)去除率由22.18%提高到25%、揮發(fā)性固體(VSS)去除率由27.34%提高到31.65%。厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)氫分壓有所降低,產(chǎn)酸菌以及具有產(chǎn)甲烷功能的螺旋菌屬(sphaerochaeta)及甲烷鬃菌屬(Methanosaeta)的相對豐度均得到了增加。(3)系列3實驗結(jié)果表明:零價鐵的加入對水解酸化沒有明顯促進作用,但可促進產(chǎn)甲烷。在最佳投加量0.12 g/g-VSS下,其累積甲烷產(chǎn)量比對照組提高了19.6%,總固體(TSS)去除率由15.35%提高到17.34%、揮發(fā)性固體(VSS)去除率由23.83%提高到25.49%。零價鐵的加入提高了螺旋菌屬(sphaerochaeta)及甲烷八疊球菌屬(Methansarcina)的相對豐度。綜上,剩余污泥和水葫蘆混合厭氧消化可通過平衡原料營養(yǎng)、豐富微生物多樣性,緩解系統(tǒng)酸化;加入零價鐵可促進水解酸化,同時通過降低氧化還原電位及系統(tǒng)氫分壓促進丙酸分解。加入剩余污泥和投加金屬零價鐵是促進水葫蘆厭氧消化的有效方式。
【學(xué)位單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

圖 1.1 厭氧消化過程Fig.1.1 The progress of anaerobic digestion（1）水解酸化階段將復(fù)雜有機物轉(zhuǎn)化為簡單溶解性有機分子的過程即為水解，在此階段起作用的為細(xì)菌，主要有蛋白質(zhì)水解菌、纖維素分解菌等。包括蛋白質(zhì)、纖維素及脂質(zhì)的水程，由于物質(zhì)細(xì)胞壁難以破裂，水解的速度通常較緩慢，為厭氧消化過程的限速。經(jīng)水解產(chǎn)生的溶解性可溶性有機物被分解轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的過程即化。本階段由數(shù)量龐大的產(chǎn)酸菌完成，為大部分嚴(yán)格厭氧及極少量的兼性厭氧菌。厭氧消化條件下（如溫度、底物種類、pH 和微生物種群等），產(chǎn)物有所不同。其主要包括：能直接被產(chǎn)甲烷菌利用的物質(zhì)（甲酸、乙酸、甲醇等）、不能直接被烷菌利用的有機酸或醇類（丙酸、丁酸、戊酸、乙醇等）、二氧化碳及硫化氫等。酸的分解遵循 Stickland 反應(yīng)，由于分解產(chǎn)生的 NH，會影響體系的 pH 值[27]。在

圖 3.1 水葫蘆與剩余污泥不同混合比例厭氧消化過程中 NH4+濃度變化Fig.3.1 Changes of NH4+concentration during anaerobic digestion of water hyaciand waste activated sludge at different ratios 3.2 圖可知，隨著厭氧消化過程的進行，VFAs 整體上變化趨勢一致，呈先降的趨勢。VFAs 濃度在第 4~6 d 達到最高峰，四組（4:0，3:1，2:2，1:3，0 8664 mg/L、6790 mg/L、6241 mg/L、6251 mg/L、5095 mg/L（以 COD 計表現(xiàn)為底物含水葫蘆比例越高，VFAs 濃度越高，只含剩余污泥的濃度最低葫蘆與剩余污泥的組成成分有關(guān)，水葫蘆含豐富的纖維素木質(zhì)纖維素，且本粉碎成小粒徑，會迅速水解酸化產(chǎn)生大量的 VFAs。高濃度 VFAs 對微生物用，尤其是對產(chǎn)甲烷微生物，纖維素類物質(zhì)進行厭氧消化時，當(dāng) VFAs 達 6氣量有明顯抑制作用[74, 75]。且只含水葫蘆這組在反應(yīng)后期表現(xiàn)出明顯的丙酸，丙酸是厭氧消化過程中一種不易于被產(chǎn)甲烷菌利用而破壞厭氧系統(tǒng)運行的，這是因為丙酸在熱力學(xué)上很難被降解為乙酸，但在低氫分壓下能夠順利降

造成丙酸大量積累。而在同樣 TSS 濃度下，剩余污泥的加入，釋放大量氨氮，中和部分酸，緩解了丙酸的積累，提高了反應(yīng)的穩(wěn)定性及產(chǎn)甲烷能力。另外，本實驗引種污泥接種量偏低（13%）也是水葫蘆厭氧消化出錯出現(xiàn)酸化的原因之一，而剩余污泥本身含有豐富的微生物，對酸化過程起到一定緩沖作用[39]。
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6 鄭明霞;李秀金;李來慶;劉研萍;;蔬菜廢物兩步批式厭氧消化產(chǎn)氣實驗研究[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年S2期

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