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文檔簡介
1、目前城鎮(zhèn)污水處理量急劇增加,城鎮(zhèn)污水廠將產(chǎn)生大量的剩余污泥,含有大量的微生物及碳源物質(zhì),將其發(fā)酵獲得附加值較高的有機酸是近年來的研究熱點。而污泥單獨發(fā)酵存在碳氮比失調(diào)的問題,餐廚垃圾含有大量的有機質(zhì),可采用餐廚垃圾對污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)。課題組前期研究發(fā)現(xiàn),剩余污泥與餐廚垃圾聯(lián)合發(fā)酵可促進(jìn)乳酸的產(chǎn)生。零價鐵作為一種微生物的營養(yǎng)元素和一種高效的催化劑,但針對其對聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)乳酸的研究尚無報道,本論文研究了零價鐵對污泥與餐廚垃圾聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)D-乳酸的影
2、響。
在20℃發(fā)酵條件下,研究對比不同發(fā)酵促進(jìn)劑(鐵、炭、鐵炭)對發(fā)酵體系產(chǎn)D-乳酸的影響,結(jié)果表明零價鐵能顯著促進(jìn)發(fā)酵體系產(chǎn)D-乳酸;在此基礎(chǔ)上,研究對比不同pH值對零價鐵發(fā)酵體系產(chǎn)D-乳酸的影響,結(jié)果表明pH值不調(diào)節(jié)時更有利于零價鐵發(fā)酵體系產(chǎn)D-乳酸;進(jìn)而,研究了不同發(fā)酵溫度(20℃、35℃、50℃)對零價鐵促進(jìn)D-乳酸效應(yīng)的影響,結(jié)果表明50℃有利于零價鐵發(fā)酵體系產(chǎn)D-乳酸。
在此基礎(chǔ)上,文章研究了不同零價鐵投
3、加量對聯(lián)合發(fā)酵體系產(chǎn)D-乳酸的影響,結(jié)果表明少量零價鐵能促進(jìn)發(fā)酵體系D-乳酸的產(chǎn)生并提高D-乳酸的OA值(光學(xué)純度),過量零價鐵會抑制D-乳酸的產(chǎn)生且降低D-乳酸的OA值,其中R-60(零價鐵投加量60 mg/gVSS)發(fā)酵體系6d時D-乳酸產(chǎn)量及OA值分別為0.33 g/gVSS、75.00%。對發(fā)酵體系物理指標(biāo)(pH值、ORP值)進(jìn)行測試,結(jié)果表明零價鐵能適當(dāng)提高發(fā)酵體系的pH值、降低發(fā)酵體系ORP值,pH及ORP的變化更有利于形成
4、乳酸發(fā)酵適合的酸堿度和還原性的環(huán)境。進(jìn)一步深入研究了發(fā)酵基質(zhì)上清液可溶解性COD(SCOD)、分子量分布(凝膠色譜法)和發(fā)酵底泥官能團變化(紅外光譜法),結(jié)果表明零價鐵能促進(jìn)發(fā)酵基質(zhì)固態(tài)有機物的水解溶出;對發(fā)酵體系可溶解性糖、可溶解性蛋白質(zhì)、VFA、腐殖酸(三維熒光光譜法)進(jìn)行分析測試,結(jié)果表明零價鐵能顯著提高聯(lián)合發(fā)酵體系可溶解性有機物的轉(zhuǎn)化利用。
為進(jìn)一步探究零價鐵對產(chǎn)乳酸的生化影響機理,本文針對發(fā)酵體系酶類系統(tǒng)進(jìn)行分析,結(jié)
5、果表明零價鐵能提高發(fā)酵體系α-淀粉酶、蛋白酶和乳酸脫氫酶的活性,促進(jìn)代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化利用;發(fā)酵底泥電鏡分析表明,零價鐵能增加發(fā)酵體系桿狀微生物的數(shù)量和微生物表面的孔隙度,發(fā)酵基質(zhì)與微生物充分接觸更有利于發(fā)酵產(chǎn)乳酸。對發(fā)酵底泥中的微生物進(jìn)行高通量測序分析,結(jié)果表明零價鐵能顯著提高發(fā)酵體系微生物的多樣性,微生物α-多樣性和優(yōu)勢菌屬顯著提高,尤其R-60發(fā)酵體系最高,隨著零價鐵投加量的增加,Bacillus菌屬(芽孢桿菌屬)豐度不斷提高,Bac
6、illus菌屬通常通過同型乳酸發(fā)酵產(chǎn)乳酸,其中R-900發(fā)酵體系Bacillus菌屬豐度為48.84%。
綜合上述生化實驗結(jié)果,對發(fā)酵體系D-乳酸產(chǎn)量及OA值做機理分析發(fā)現(xiàn):過量零價鐵促進(jìn)發(fā)酵體系產(chǎn)L-乳酸,抑制了D-乳酸的產(chǎn)生。通過模擬外加L-乳酸,研究過量L-乳酸對D-乳酸產(chǎn)生的抑制性發(fā)現(xiàn):L-乳酸不會抑制D-乳酸的產(chǎn)生;同時,分析了不同價態(tài)鐵元素的轉(zhuǎn)化與D-乳酸的關(guān)系發(fā)現(xiàn),不同價態(tài)鐵元素之間電子轉(zhuǎn)移會形成選擇性還原力,推
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