【摘要】：剩余污泥是污水處理過程中的附屬產(chǎn)物。隨著污水處理能力的顯著提高,剩余污泥的產(chǎn)量也隨之迅速增加。厭氧消化技術(shù)具有減少污泥體積、穩(wěn)定污泥性質(zhì)、提高污泥脫水效果及回收清潔能源(甲烷)等優(yōu)點,被廣泛運用于剩余污泥的處理處置。電子傳遞效率是決定剩余污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷性能的重要因素之一。雖然添加固體導(dǎo)電物質(zhì)可有效促進種間直接電子傳遞,但其價格較為昂貴,而且容易造成二次污染,不適合大規(guī)模的推廣應(yīng)用。胞外聚合物(Extracellular Polymer Substances,EPS)是微生物自身分泌的物質(zhì)的總稱,含有細(xì)胞色素C及腐殖質(zhì)等氧化還原活性物質(zhì),具有促進種間電子傳遞的潛能。目前尚未有相關(guān)研究探究EPS添加對污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷性能的影響。本論文以剩余污泥為研究對象,選取EPS為外源氧化還原活性物質(zhì),探究EPS添加對污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷性能的影響,闡明這個過程中EPS的角色和功能,并將其應(yīng)用于電發(fā)酵過程。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)EPS添加能夠顯著提高污泥厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)甲烷性能,甲烷產(chǎn)生量比不添加EPS的反應(yīng)器提高了82.9%。電化學(xué)的實驗結(jié)果表明,EPS的添加能夠增加反應(yīng)體系中核黃素和細(xì)胞色素C的含量及降低電荷傳遞電阻,提高電子轉(zhuǎn)移的能力。此外,EPS的添加能夠促進反應(yīng)體系中Hydrogenophag和Methanosaeta菌屬豐度的增加,提高系統(tǒng)利用氫氣產(chǎn)甲烷的性能。(2)EPS的添加能夠促進污泥厭氧消化增溶水解過程,從而導(dǎo)致可溶性蛋白質(zhì)及蛋白酶的活性分別提高了42.8%和8.9%;在產(chǎn)酸階段,EPS的添加促進不同底物(氨基酸及葡萄糖)向乙酸及丙酸的轉(zhuǎn)化;此外,EPS的添加能影響乙酸型代謝過程中乙酸轉(zhuǎn)化成乙酰磷酸鹽、乙酸轉(zhuǎn)化成乙酰輔酶A以及乙酰輔酶A轉(zhuǎn)化成5-甲基-THMPT的過程,而且乙酸型產(chǎn)甲烷與氫型產(chǎn)甲烷過程中功能基因mcrA的豐度顯著提高。(3)在電發(fā)酵系統(tǒng)中,添加EPS能夠促進電發(fā)酵系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷性能。最適的電勢及EPS投加量分別為-0.8 V及0.5 g/L。電化學(xué)實驗結(jié)果表明,EPS的添加導(dǎo)致電發(fā)酵反應(yīng)器具有更高的氧化還原活性物質(zhì)濃度及更大的電容,這有利于促進種間電子傳遞。微生物群落分析結(jié)果表明,EPS的添加能夠增加陽極生物膜的厚度,且增加反應(yīng)體系中Methanosarcina、Clostridium和Syntrophobacter的相對豐度。此外,EPS添加導(dǎo)致電發(fā)酵系統(tǒng)的甲烷能效及經(jīng)濟效益分別提高1.55倍及1.68倍。總之,EPS添加能夠增強厭氧消化體系的電化學(xué)活性,顯著促進污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷過程。這將為改善污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷性能提供新的思路,有利于厭氧消化技術(shù)的推廣應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703;S216.4
【圖文】：

1-2 產(chǎn)甲烷環(huán)境中的種間電子傳遞機制（a.種間氫轉(zhuǎn)移；b.導(dǎo)電菌毛介導(dǎo)電子傳遞；c.細(xì)胞色素 C 介導(dǎo)電子傳遞；d.導(dǎo)電物質(zhì)介導(dǎo)電子傳遞）[55]igure 1-2 Interspecies electron transfer mechanisms in methanogenic environments (a. IET viaydrogen; b. DIET via conductive pili; c. DIET via C-cyts; d. DIET via conductive materials)[55（1）直接接觸直接接觸機制是指由細(xì)胞色素 C 或納米導(dǎo)線介導(dǎo)的電子傳遞過程（圖 1-1 c）。細(xì)胞色素 C 介導(dǎo)的直接接觸電子傳遞是指當(dāng)微生物與胞外電子受體距離近時，微生物將電子通過細(xì)胞外膜上的細(xì)胞色素 C 直接傳遞給電子受體的過[56-58]。2010 年 ， Summer 等對 Geobacter metallireducens 和 Geobactlfurreducens 的互營體系進行了研究。研究結(jié)果表明，互營體系中的種間電子遞過程是通過 G. sulfurreducens 的導(dǎo)電細(xì)胞色素 C 實現(xiàn)[59]。而納米導(dǎo)線（pili）生長在微生物周圍且具有導(dǎo)電性能的纖毛類似物。微生物可以通過納米導(dǎo)線將子直接傳遞給胞外的電子受體，從而實現(xiàn)長距離的電子傳遞[60-63]。2005 年，guera 等利用導(dǎo)電探針原子力顯微鏡證實 G. sulfurreducens 的納米導(dǎo)線具有很

質(zhì)譜是表征激發(fā)波長、發(fā)射波長及熒光強度的三維矩不同的區(qū)域代表不同的物質(zhì)組成。如圖 2-1 所示，表的是：蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、富里酸、可溶性微生出的 EPS 做三維熒光掃描分析，實驗結(jié)果顯示，光強度，Ex/Em 為 390/450nm 處是腐殖酸，Ex/Em物[98]，這說明 EPS 中含有富里酸和腐殖酸。使用與 Lowry 法對提取出的 EPS 進行可溶性蛋白質(zhì)、驗結(jié)果表明，可溶性蛋白的濃度為 296.42±2.35 mgmg/L，腐殖酸的濃度為 98.63±2.56 mg/L。這與 C。

圖 2-8 屬水平物種豐度聚類熱圖（a.底物+接種泥反應(yīng)器；b.底物+接種泥+EPS 反應(yīng)器）Figure 2-8 Species abundance clustering heat maps on genus lever. substrate + inoculation sludge reactor; b. substrate + inoculation sludge + EPS react結(jié)PS 添加能夠顯著提高污泥厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)甲烷性能，甲烷產(chǎn)生量比不反應(yīng)器提高了 82.9%。電化學(xué)的實驗結(jié)果表明，EPS 的添加能夠增加核黃素和細(xì)胞色素 C 的含量及降低電荷傳遞電阻，提高電子轉(zhuǎn)移的能EPS 的添加能夠促進反應(yīng)體系中 Hydrogenophag 和 Methanosaeta 菌屬，提高系統(tǒng)利用氫氣產(chǎn)甲烷的性能。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2774554