外源介质对厌氧消化产甲烷的影响和机理探究
伴随社会的进步，人类对更清洁的能源和更好的环境需求也在不断增加，高效利用各类资源成为了人们共同的愿景。通过厌氧消化技术将有机废弃物或废气合成气转化为清洁能源甲烷对我国合理的资源利用具有重要意义。但目前厌氧消化技术的应用还存在一系列问题，包括利用率低，高氨氮、高CO分压会对产甲烷菌活性产生明显的抑制等等。本次对厌氧消化过程中的两个十分重要的抑制因素进行探索，下面是本次实验的主要结论: (1)本研究首先通过批式实验研究在高氨氮浓度下，四种不同外源介质的添加对以葡萄糖为底物的厌氧消化产甲烷的影响。在多次批式实验情况下，通过ModifiedGompertz模型和Logistic模型模拟表明，磁铁粉的添加能够显著提高氨氮厌氧消化产甲烷速率(92.88±2.54mL/d)，较空白组增加13.3％;滞后时间(0.51天)较空白组减少39.3％;动力学常数(0.254)较空白组提高13.9％。且磁铁粉的添加有助于氨氮的利用，末态平均氨氮浓度低于空白组23.3％。聚氨酯填料的添加并没有增强VFA的降解，但是从三个批次试验中出现了稳步增强产甲烷速率的趋势，且反应动力学常数从0.138逐渐增加至0.238，因此聚氨酯填料的长期运行效果值得探究。 (2)根据间歇实验的结果挑选出在长期培养下显现优势的磁铁粉和聚氨酯填料两种外源介质，通过组合方式在连续实验的情况下来考察高氨氮浓度抑制时能否稳定运行与外源介质组合对厌氧消化体系的影响。连续实验结果表明外源介质的添加对厌氧消化体系具有促进作用，且同时添加磁铁粉和填料的组合时产甲烷量比空白组提高了68.4％，效果优于单独添加某一种介质或者分先后加入两种外源介质的效果。稳定期每日的葡萄糖转化率均在95％以上，COD的去除率与甲烷产量成正比。因此本实验表明，外源介质添加对于高氨氮抑制具有明显缓解作用，也表明氨氮抑制下，添加外源介质可以维持微生物产甲烷体系的长期稳定进行。 (3)探究添加八种不同外源介质时，对合成气通过厌氧微生物系统转化产甲烷的效率、CO的转化情况以及微生物群落结构的影响。其中外源介质对CO的吸收量并未有明显的影响，所有反应器吸收量均在195mL以上。铁基和碳基外源介质均促进了厌氧发酵体系产甲烷，其中效果最好的为木屑热解碳，甲烷产率相比空白组提高108.2％。其次为褐锰矿，甲烷产率提高了95.1％。与对照组相比，两种填料介质不仅没有促进产甲烷反而抑制了甲烷产生转而促进产酸，总酸产量分别提高了46.5％(悬浮生物填料)和20.1％(聚氨酯填料)。对古菌的群落丰度分析表明，古菌都是以广古菌门为主，尤其在第三阶段的全部样本中丰度甚至占95％以上。
厌氧发酵;氨氮抑制;合成气;外源介质;甲烷
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
刘广青
2021
中文
TQ920.6
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）