腐殖酸對(duì)間歇式厭氧消化的影響及其機(jī)理探究
· 以不含腐殖酸的實(shí)際污泥為底物，定量探究不同濃度腐殖酸對(duì)厭氧消化過程的影響
· 不同于以往宏觀分析研究，本研究重點(diǎn)關(guān)注生物酶活、微生物水平等微觀方面，深入探究腐殖酸對(duì)厭氧消化的影響
· 研究中不僅探究腐殖酸對(duì)整體厭氧消化的影響，同時(shí)控制厭氧消化處于不同階段（水解、酸化及產(chǎn)甲烷階段），分階段探究腐殖酸對(duì)不同階段的影響及機(jī)理
文章簡(jiǎn)介
當(dāng)前“雙碳”目標(biāo)下，污水處理廠污泥能源化被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑，但污水中所含化學(xué)能通過污泥厭氧消化能源轉(zhuǎn)化效率較低。剩余污泥中含有較多木質(zhì)纖維素、腐殖質(zhì)等大分子難降解有機(jī)物成分，特別是，腐殖質(zhì)不僅難以生物降解，還會(huì)抑制系統(tǒng)關(guān)鍵酶的活性，降低有機(jī)物水解效率，同時(shí)還有可能抑制厭氧消化微生物的活性，最終限制厭氧消化效率。
已有研究對(duì)HA與污泥厭氧消化之間關(guān)系或內(nèi)在機(jī)理的結(jié)論各執(zhí)一詞，而且其中很大部分研究都是以模擬底物或人工配水基質(zhì)進(jìn)行厭氧消化，忽略了HA與實(shí)際污泥之間的物理、化學(xué)和生物等方面作用；與此同時(shí)，各類研究均以HA對(duì)厭氧消化某一階段（水解、酸化或產(chǎn)甲烷階段）為研究對(duì)象，拋開厭氧消化各階段之間環(huán)環(huán)相扣的影響，所得結(jié)論可能過于片面，無法系統(tǒng)總結(jié)HA對(duì)厭氧消化的整體影響。
因此，團(tuán)隊(duì)以不含HA的“純凈”剩余污泥為底物，考察不同濃度HA對(duì)污泥厭氧消化整體以及分階段（水解、酸化及產(chǎn)甲烷）的影響與機(jī)理；側(cè)重分析各類生物酶及微生物的變化；探究HA在水解、酸化及產(chǎn)甲烷不同階段表現(xiàn)出的抑制或促進(jìn)作用，厘清HA影響厭氧消化具體機(jī)理，以期尋求更有效的解除HA抑制方法進(jìn)而提高厭氧消化能源轉(zhuǎn)化效率。
圖1結(jié)果表明，HA整體上抑制厭氧消化；當(dāng)HA:VSS=15%時(shí)，抑制率高達(dá)35.1%。圖2、3所示，在水解階段，HA主要是通過靜電引力、共價(jià)鍵合和網(wǎng)捕卷掃與水解酶結(jié)合，減緩水解，降低水解效率，其抑制效率為38.2%（HA:VSS=15%）。圖4、5所示，在酸化階段，HA作為電子傳遞體或電子受體可促進(jìn)酸化作用，促進(jìn)效率高達(dá)101.5%（HA:VSS=15%）。圖6所示，在產(chǎn)CH4階段，HA作為電子受體，爭(zhēng)奪中間產(chǎn)物電子，同時(shí)抑制F420酶的活性而降低產(chǎn)甲烷效率，抑制率為52.2%（HA:VSS=15%）。FISH分析結(jié)果顯示HA對(duì)間歇式厭氧消化過程中微生物幾乎無影響。具體抑制效率及機(jī)理總結(jié)如圖7所示。
重要結(jié)論
1、腐殖酸會(huì)抑制/降低厭氧消化整體能源轉(zhuǎn)化效率；
2、在厭氧消化不同階段（水解、酸化及產(chǎn)甲烷階段），腐殖酸所產(chǎn)生影響及機(jī)理不盡相同；
3、腐殖酸通過抑制水解階段和產(chǎn)甲烷階段主要酶活性，從而抑制水解、產(chǎn)甲烷階段效率/轉(zhuǎn)化率；
4、腐殖酸在酸化階段可承擔(dān)電子受體/電子轉(zhuǎn)移體角色，從而一定程度促進(jìn)酸化過程；
5、間歇式厭氧消化實(shí)驗(yàn)過程中，F(xiàn)ISH檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)腐殖酸對(duì)細(xì)菌豐度并無明顯的抑制作用，但無法判斷對(duì)細(xì)菌活性的影響。
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