本文關(guān)鍵詞：釀造廢棄物碳氮調(diào)質(zhì)強(qiáng)化污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸及微生物群落結(jié)構(gòu)分析

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【摘要】：隨著污水處理力度的逐漸加強(qiáng)和污水處理廠數(shù)量的增加,剩余污泥產(chǎn)量也日益增多。針對污泥有必要采取有效的處理處置方案,方可實(shí)現(xiàn)污泥資源化,同時降低其對環(huán)境造成的二次污染。污泥厭氧消化是實(shí)現(xiàn)污泥減量化和資源化的有效途徑之一。而剩余污泥中C/N比較低,為解決污泥發(fā)酵過程由于C/N比低引起的一系列問題,考慮在消化體系加入外加碳源。結(jié)合山西本省釀醋、釀酒行業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況,本文考慮將釀造廢棄物作為污泥調(diào)質(zhì)碳源,在實(shí)驗室做小試研究。首先研究不同預(yù)處理醋糟對污泥發(fā)酵性能和揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量的提高程度;通過醋糟實(shí)驗得出適合釀造廢棄物的預(yù)處理方法,并以醋糟、酒糟和醬糟為調(diào)質(zhì)碳源,研究不同釀造廢棄物對污泥蛋白質(zhì)降解和發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)作用;其次以高通量分子診斷技術(shù)分析共發(fā)酵體系微生物群落多樣性和結(jié)構(gòu)變化規(guī)律,為實(shí)現(xiàn)污泥、釀造廢棄物的同時資源化提供參考依據(jù)。主要結(jié)論如下:1.氨水、硫酸和熱堿三種典型的預(yù)處理方法均可有效去除醋糟中的木質(zhì)素,破壞醋糟中的氫鍵,同時也使纖維素發(fā)生潤脹作用,只是在程度上有差別。處理之后醋糟的生物可及性有不同程度的增加,有利于其在后續(xù)發(fā)酵過程中的降解。2.預(yù)處理醋糟作為外加碳源進(jìn)行共發(fā)酵,結(jié)果顯示,共發(fā)酵體系中蛋白質(zhì)濃度增加,細(xì)胞外的水解酶活性的增強(qiáng),即醋糟對污泥蛋白質(zhì)降解有促進(jìn)作用,進(jìn)而促進(jìn)了發(fā)酵產(chǎn)酸效能。熱堿預(yù)處理的醋糟對剩余污泥對發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)作用明顯優(yōu)于氨水和硫酸預(yù)處理。采用熱堿預(yù)處理醋糟實(shí)驗組的揮發(fā)性脂肪酸最大濃度為3105±35 mg COD/L,是空白組(1083±40 mg COD/L)的2.9倍;而氨水和硫酸實(shí)驗組濃度明顯低于熱堿組,分別為1885±159、1561±168 mg COD/L。3.醋糟與污泥共發(fā)酵在揮發(fā)酸濃度最大時的組分分析結(jié)果顯示,揮發(fā)酸濃度的提高主要體現(xiàn)在C2~C3小分子碳源上。氨水、硫酸實(shí)驗組乙酸、丙酸比例之和分別為84.5%和79.1%,遠(yuǎn)大于熱堿實(shí)驗組的和66.9%。熱堿預(yù)處理的醋糟雖可以大大提高總揮發(fā)酸產(chǎn)量,但其中C2~C3小分子碳源的比例卻沒有氨水和硫酸預(yù)處理醋糟的高。4.由于醋糟、酒糟和醬糟均屬于釀造廢棄物,組成上相似程度很大,因而以熱堿作為不同釀造廢棄物的預(yù)處理方法。以三種釀造廢棄物為外加碳源共發(fā)酵結(jié)果顯示,醬糟發(fā)酵產(chǎn)酸的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于醋糟和酒糟,揮發(fā)酸最大濃度可達(dá)4517±367 mg COD/L,達(dá)到了空白組的4.2倍。醋糟、酒糟實(shí)驗組揮發(fā)酸最大濃度僅為3105±35和3144±69 mg COD/L,產(chǎn)酸促進(jìn)效果差異性不大。揮發(fā)酸濃度的提高同樣主要體現(xiàn)在C2~C3小分子碳源上。醋糟、酒糟和醬糟實(shí)驗組乙酸、丙酸濃度之和分別為2077、2253、3308 mg COD/L,分別比空白組增加了2.9、3.2、6.2倍。醬糟組總揮發(fā)酸濃度及C2~C3小分子碳源轉(zhuǎn)化效果最好。5.釀造廢棄物調(diào)質(zhì)強(qiáng)化剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的本質(zhì)原因是由于微生物菌群的變化,本研究通過微生物測序來揭示其變化特征。多樣性指數(shù)如Shannon和Simpson指數(shù)顯示,添加醋糟、酒糟和醬糟作為外加碳源,共發(fā)酵體系生物多樣性降低,尤以醬糟組最明顯,即添加釀造廢棄物有利于發(fā)酵體系功能微生物的富集,更好的進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸。6.通過對不同樣品門、綱、屬三個層次上的微生物百分比對比分析得出,微生物群落結(jié)構(gòu)確實(shí)發(fā)生了變化。與水解酶和有機(jī)酸生成密切相關(guān)的梭狀芽孢桿菌綱(Clostridia)增量尤其大,且醬糟組中含量最多。其他功能菌屬含量在添加釀造廢棄物組樣品中也有不同程度的增加,各組的優(yōu)勢菌屬發(fā)生了變化。尤以Acetoanaerobium、Proteiniclasticum、Levilinea、Cloacibacillus、Petrimonas這幾種典型功能菌群的增量最大,含量的增加正好解釋了添加釀造廢棄物對發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)作用,增量的不同表明當(dāng)外加碳源不同時,會對發(fā)酵體系微生物菌群產(chǎn)生影響,進(jìn)而再影響發(fā)酵產(chǎn)酸效率。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X703;X172

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本文編號：1288053