【摘要】：很多工業(yè)和農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程會產(chǎn)生有機(jī)廢水,其中含有豐富的可再生資源和能源。兩步厭氧生物轉(zhuǎn)化是實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢水資源化處理的有效途徑。在此過程中,廢水中復(fù)雜的有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成相對簡單的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)。這些VFAs能被直接回收或進(jìn)一步原位利用轉(zhuǎn)化成高價(jià)值產(chǎn)品,但VFAs的純度和濃度往往較低,制約了其回收轉(zhuǎn)化。因此,如何實(shí)現(xiàn)高效、選擇性產(chǎn)酸是急需解決的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。本論文報(bào)道了一種通過用pH調(diào)控有機(jī)廢水厭氧發(fā)酵過程實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、高選擇性產(chǎn)乙酸的簡便方法。在酸性pH(5.0)條件下,液相產(chǎn)物中乙酸達(dá)到66%,氣體產(chǎn)品中富含CH4(41%),未檢測到H2。微生物群落分析顯示,在低pH條件下,Clostridium、Bacteroides產(chǎn)酸菌和嗜氫產(chǎn)甲烷菌是主要的微生物種群。H2的快速消耗顯著降低了氫分壓,從而有利于產(chǎn)乙酸。因此,本工作證實(shí)了通過簡單的pH調(diào)控能實(shí)現(xiàn)高選擇性同時(shí)產(chǎn)乙酸和CH4。為了回收厭氧系統(tǒng)中產(chǎn)生的VFAs,我們設(shè)計(jì)了一套厭氧反應(yīng)器-電滲析(ED)耦合系統(tǒng)。該裝置能濃縮和原位回收厭氧反應(yīng)器產(chǎn)的VFAs。當(dāng)給系統(tǒng)施加20.0 V電壓時(shí),在運(yùn)行528小時(shí)后乙酸被濃縮了 4倍,丙酸和丁酸也能夠被濃縮超過3倍,顯示了很高的回收效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。該工作為有機(jī)廢水的資源化提供了新的思路。雖然短鏈VFAs是一種有用的工業(yè)原料,但由于價(jià)值較低限制了這種資源化途徑的實(shí)際應(yīng)用。幾年來,研究者嘗試將VFAs通過鏈延長進(jìn)一步發(fā)酵生成更高價(jià)值的產(chǎn)品,但該過程的機(jī)理和影響因素尚未明晰。在本工作中,我們采用厭氧膜生物反應(yīng)器(AnMBR)來富集產(chǎn)己酸微生物,并研究了相關(guān)的影響因素。結(jié)果顯示,當(dāng)利用乙酸和乙醇作為底物產(chǎn)己酸時(shí),產(chǎn)己酸菌是富集的主要微生物。接下來的小瓶實(shí)驗(yàn)證明,氣相產(chǎn)物的成分能顯著影響產(chǎn)己酸過程。其中,CH4對產(chǎn)己酸沒有影響,CO2能夠促進(jìn)鏈延長過程產(chǎn)己酸,而H2會完全抑制鏈延長過程。但當(dāng)H2與CO2共存時(shí),H2能被嗜氫產(chǎn)甲烷菌消耗從而減輕對鏈延長過程的抑制,并減少乙醇氧化。這些工作為有機(jī)廢水定向產(chǎn)酸和資源化利用新技術(shù)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

邐第１章文獻(xiàn)綜述邐逡逑復(fù)雜有機(jī)物的厭氧消化通常分為四個(gè)階段：水解、發(fā)酵、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)ＣＨ４逡逑（Ａｎｇｅｎｅｎｔｅｔａｌ．２００４）。第一步，是復(fù)雜有機(jī)聚合物（多糖、蛋白和脂質(zhì)）水解成逡逑溶解性的單體物質(zhì)（單糖、氨基酸和脂肪酸）。然后這些簡單的單體物質(zhì)被發(fā)酵逡逑成低分子量的脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸）和乙醇、Ｈ２還有ｃｏ２。產(chǎn)乙酸微生物逡逑會把低分子量的脂肪酸再轉(zhuǎn)化成乙酸和Ｈ２ｄ乙酸也能通過同型產(chǎn)乙酸過程利用逡逑Ｈ２和Ｃ０２產(chǎn)生。最后，乙酸型產(chǎn)甲烷菌把乙酸轉(zhuǎn)化成ＣＨ４。同時(shí)Ｈ２和ｃｏ２被嗜逡逑氫產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化成ＣＨ４。逡逑

（ｉｖ）邋Ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓ逡逑ＣＨ４邋＋邋ｃｏ２逡逑圖１．１復(fù)雜有機(jī)物的厭氧消化（Ａｎｇｅｎｅｎｔ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２００４）逡逑兩步厭氧消化通過分離酸化階段和產(chǎn)ＣＨ４階段，，使發(fā)酵性能得到優(yōu)化（Ｗａｎｇ逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703

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本文編號：2710012