【摘要】：有機物甲烷發(fā)酵過程是在產酸發(fā)酵菌群、產氫產乙酸菌群、同型產乙酸菌群和產甲烷菌群對有機物的梯級利用下完成的。在參與厭氧生物處理的各類微生物菌群中,水解發(fā)酵菌種類最多,代謝產物多樣化,導致發(fā)酵類型的多樣化。氧化還原介體(ROMs)可通過其自身氧化態(tài)與還原態(tài)的循環(huán)轉換來加速電子在電子供體與電子受體間的傳遞,對厭氧發(fā)酵類型產生影響。本研究利用ROMs具有的電子傳遞功能和生物催化功能,通過定向調控發(fā)酵類型、減少丙酸產量和提高丙酸的降解速率兩條途徑,避免厭氧消化系統(tǒng)中丙酸的積累,提高反應器的運行效能和穩(wěn)定性。本論文首先選擇氧化石墨烯(GO)和蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)作為氧化還原介體,葡萄糖為底物,在35℃恒溫振蕩培養(yǎng)方式,研究了GO和AQDS對發(fā)酵類型的定向調控作用。實驗結果表明:GO可以定向調控顆粒污泥的發(fā)酵類型,使發(fā)酵類型由混合酸發(fā)酵向丁酸型發(fā)酵轉化,且80 mg/L的GO促進作用最強。AQDS、GO都能夠調控絮狀污泥發(fā)酵類型,使發(fā)酵類型由丁酸型發(fā)酵向乙醇型發(fā)酵轉化,其中GO的濃度為80 mg/L、AQDS濃度為400 mg/L時,促進作用最強。為了進一步揭示GO和AQDS定向調控發(fā)酵類型的生物學機理,隨后采用高通量測序技術對介體介導下活性污泥的組成進行了解析。研究結果表明:GO介導下顆粒污泥中的產酸發(fā)酵優(yōu)勢菌為Clostridium sensu stricto,該菌的相對豐度是空白組的13.6倍。Clostridium sensu stricto是一類將有機物發(fā)酵產生丁酸和乙酸的發(fā)酵菌,Clostridium sensu stricto在活性污泥中的大量富集,提高了發(fā)酵系統(tǒng)的丁酸產量,從而促進了系統(tǒng)由混合酸發(fā)酵向丁酸型發(fā)酵的轉化。AQDS、GO介導下絮狀污泥中的產酸發(fā)酵優(yōu)勢菌分別為Pseudomonas、Clostridium sensu stricto。AQDS的加入促進了Pseudomonas的富集,進而提高了乙醇產量,而GO通過對Clostridium sensu stricto的富集提高了乙醇產量,實現(xiàn)了從丁酸型發(fā)酵向乙醇型發(fā)酵的轉化。丙酸常常在厭氧消化系統(tǒng)中積累,而丙酸的過量積累往往會導致厭氧消化系統(tǒng)的“酸化”,因此,本論文繼續(xù)考察了GO和AQDS對丙酸降解的影響及其生物學機制。研究結果表明:GO可以促進厭氧生物處理系統(tǒng)中丙酸鹽的生物降解,且當GO濃度80 mg/L時,其促進丙酸厭氧降解效果最為顯著。AQDS對于丙酸的降解沒有明顯促進作用,并且對產氫產乙酸作用和產甲烷作用具有一定的抑制作用。GO介導下的活性污泥中優(yōu)勢功能菌以Pseudomonas、Acinetobator等產氫產乙酸菌為主,產氫產乙酸菌的富集使得GO對丙酸厭氧降解具有顯著的促進作用。
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703;X172
【圖文】：

進樣量為 2μL。用 1mL 注射器取水樣于 1.5mL 離心管中，在 11000 rpm 條件離心 5min，取上清液于干凈離心管中備用，測定前，以 1:20 的體積比加入 mol/L 的 HCl 搖勻。用外標法計算各 VFAs 的含量，各 VFAs 標準曲線如圖所示

圖 2-2 發(fā)酵氣體標準曲線析處理樣品量足夠，取 4mL 液體樣品，分多次溫離心 3min，棄置上層液體，倒置 2mLA活性污泥進行 DNA 提取。具體提取步驟參nd Soil DNA Kit 的試劑盒使用說明書。

（1）污泥馴化 絮狀污泥來自太原某城市污水處理廠的缺氧池，污泥馴化方法同 3.2.1。（2）ROMs 及其濃度 實驗所用介體為：AQDS、GO；AQDS 濃度分別為：0、80 mg/L、200 mg/L、400 mg/L。GO 濃度分別為： 0、50 mg/L、80 mg/L、100 mg/L，實驗設置三個平行組，用配置好的厭氧培養(yǎng)基作為溶劑配制相應濃度的介體溶液。葡萄糖作為唯一碳源，其濃度為 2g/L。（3）厭氧操作方法 同 3.2.13.3 實驗結果與討論3.3.1 ROMs 的篩選在發(fā)酵系統(tǒng)中分別加入 GO、AQDS、指甲花醌、甲萘醌、溴氨酸五種不同的 ROMs，連續(xù)培養(yǎng) 48h，每隔 12h 取樣，測定揮發(fā)酸濃度及其組成，實驗結果如圖 3-1 所示。

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