水热预处理对富蛋白基质厌氧消化特性的影响
发展清洁能源是全世界应对能源短缺和缓解污染问题的必然选择，其中，生物质能源开发，尤其是废弃物生物质能源化利用是不可或缺的部分。厌氧消化技术能转化生物质（生物质废弃物）生成清洁的能源——富含高热值甲烷的沼气，被认为极具应用前景。作为厌氧消化基质，生物质的组成严重影响厌氧消化过程，决定了与之适应的厌氧消化技术及过程调控。如各种工业发酵残渣，作为一大类富蛋白质的生物质资源，具有较低的C/N，在厌氧消化过程中易出现氨氮的积累，进而导致厌氧消化产气受到抑制甚至彻底失败;然而蛋白质又是发酵残渣三大营养组分（其余两类是糖类和脂肪）中产气潜力最大的组分，实现蛋白质组分稳定高效厌氧消化对生物质能的回收意义重大。 我们团队前期以一种被我国列为危险废弃物的发酵制药残渣——抗生素菌渣为对象开展了厌氧消化技术研发，结果表明，借助水热预处理，能有效降解菌渣中残存的抗生素并改善菌渣的厌氧消化性能。为进一步研发富含蛋白的抗生素菌渣的高效厌氧消化技术，富蛋白基质的水热预处理的作用机制和厌氧消化过程响应有待深入认知。 本课题以豆腐模拟抗生素菌渣的植物蛋白开展水热-厌氧消化研究。通过温度范围在120～180℃内，处理时间在0～90min的水热预处理后产甲烷潜能实验，研究水热预处理对富蛋白基质厌氧生化性的影响并确定这类基质最佳的水热预处理条件;再通过水热预处理前后基质投喂的CSTR实验，对比研究水热预处理富蛋白质物质的厌氧消化性能及微生物群落结构，从而揭示富蛋白质类物质厌氧消化过程对水热预处理的响应。实验得到如下结论: (1)溶解性多糖和溶解性蛋白质在低于160℃时随着温度的升高、反应时间的延长而增多;高于160℃时，随着温度升高、时间的延长而下降。在处理条件升温至160℃时，溶解性蛋白质及溶解性多糖含量达到最大，分别为13.40mg/L、4.177g/L，为对照组溶解性蛋白质(2.18mg/L)和多糖(2.45g/L)的6.14倍，1.70倍。 (2)在升温至120～180℃的水热预处理中，富蛋白质物质厌氧生化性指数呈现先增后减的趋势，在140℃具有最大的厌氧生化性指数69.91％，相较于对照组(56.78％)，提升了13％。在涉及的水热预处理条件中，升温至140℃为富蛋白基质厌氧性能最佳，具有最大的厌氧产甲烷效率510.89mLCH4/gVS。且随着处理温度的延长，厌氧消化效率有所下降。 (3)启动过程中预处理实验组氨氮浓度始终低于对照组，说明水热预处理对富蛋白质基质厌氧消化过程具有一定的缓解作用。 (4)原始样品厌氧消化的菌群主要以具有较强耐氨能力的Cloacimonetes、Firmicutes为主，丰度分别为36.23％、23.69％;而水热预处理实验组中Bacteroidetes、Firmicutes为主，丰度分别为32.35％、26.91％，而Bacteroidetes的耐氨能力较弱。菌落结构的差异间接证明了水热预处理对富蛋白基质厌氧消化过程中氨氮的积累具有一定的缓解能力。
发酵制药残渣;富蛋白基质;水热预处理;厌氧消化
武汉科技大学
硕士
土木工程
樊杰
2019
中文
X787;X705
2019-10-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）