针铁矿赤铁矿强化短链脂肪酸厌氧产甲烷研究

摘要

厌氧消化产甲烷技术在生物资源化利用和可再生能源领域有着巨大的应用前景，但也存在着消化速率慢、利用率低，产甲烷效率低的问题。如何高效提高产甲烷速率以及产甲烷效率成为厌氧消化领域研究重点之一。本论文尝试利用自然界广泛存在的铁氧化物（针铁矿和赤铁矿）为添加剂，考察其对短链脂肪酸的产甲烷过程的强化作用。通过构建短链脂肪酸为底物的序批式厌氧消化体系，分别研究微生物接种量、食微比和铁氧化物添加量对厌氧消化及微生物群落结构影响;构建长期培养体系，研究针铁矿、赤铁矿体系对短链脂肪酸厌氧消化效果的长期效应。
　　(1)序批式实验研究发现，针铁矿和赤铁矿的添加能够促进乙酸、丁酸产甲烷，提高产甲烷效率以及产甲烷速率，在实验范围内，添加量越大促进效果越明显;对以丙酸为底物的反应体系促进效果较弱。60 mM底物浓度2000 mg/L铁氧化物添加量条件底物降解与甲烷生成的效果最优，三种底物的产甲烷效率分别提升了7.07％、26.28％和5.79％，最大产甲烷速率分别提升了44.95％、19.99％和68.49％。乙酸组在低底物浓度下Methanothrix为优势菌种，高底物浓度下的优势菌种Methanosarcina能够快速利用底物;丙酸组中Methanothrix的是优势菌种，是典型的乙酸营养性产甲烷菌;丁酸底物实验组中Methanospirillum、Methanothrix和Methanosarcina是主要的产甲烷古菌，既能利用乙酸进行产甲烷也能利用H2/CO2进行产甲烷。
　　(2)长期培养实验研究发现，三个产甲烷周期中，针铁矿、赤铁矿的添加有利于甲烷的产生，第二个周期促进效果最为显著，第三个周期针铁矿和赤铁矿的促进效果逐渐变弱，产甲烷过程中起主要作用的微生物对产甲烷过程的影响强于针铁矿和赤铁矿的影响，最大产甲烷速率分别提升57.17％、31.75％和37.19％，产甲烷效率分别提升6.51％、11.55％和9.72％。针铁矿、赤铁矿的添加能够促进短链脂肪酸厌氧消化产甲烷的过程，但是随着反应的进行，由外加针铁矿、赤铁矿引起的促进效果变弱，适应了反应体系的功能专一化的微生物成为体系中高效代谢底物与产甲烷的因素。Anaerolinaceae与Methanobacteriaceae形成一种固定的高效产乙酸产甲烷体系。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 厌氧消化过程

1．2．2 厌氧微生物

1．2．3 矿物材料强化厌氧产甲烷

1．2．4 种间电子传递机制

1．3 研究内容及意义

第二章 针铁矿和赤铁矿对乙酸钠厌氧产甲烷的影响

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验设计

2．2．3 样品处理与分析测试方法

2．2．4 数据分析与计算

2．3 结果与讨论

2．3．1 铁氧化物添加量的影响

2．3．2 食微比的影响

2．3．3 微生物群落分析

2．4 本章小结

第三章 针铁矿和赤铁矿对丙酸钠厌氧产甲烷的影响

3．1 引言

3．2 实验设计

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验设计

3．2．3 样品处理与分析测试方法

3．2．4 数据分析与计算

3．3 结果与讨论

3．3．1 铁氧化物添加量的影响

3．3．2 食微比的影响

3．3．3 微生物群落分析

3．4 本章小结

第四章 针铁矿和赤铁矿对丁酸钠厌氧产甲烷的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验设计

4．2．3 样品处理与分析测试方法

4．2．4 数据分析与计算

4．3 结果与讨论

4．3．1 铁氧化物添加量的影响

4．3．2 食微比的影响

4．3．3 微生物群落分析

4．4 本章小结

第五章 针铁矿和赤铁矿对短链脂肪酸产甲烷过程长期效应

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验设计

5．2．3 样品处理与分析测试方法

5．2．4 数据分析方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 三个周期产气产甲烷情况分析

5．3．2 三个周期底物降解情况分析

5．3．3 物相分析

5．3．4 微生物群落分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况