水生植物的瘤胃微生物轉(zhuǎn)化.pdf

1、水生植物被廣泛用于富營養(yǎng)化嚴(yán)重的湖泊、河流等水體的修復(fù)，但其生長迅速且難以控制，如處理不當(dāng)容易造成水體的二次污染。另一方面，利用厭氧生物技術(shù)能夠?qū)⑺参镒鳛橐环N可再生的生物質(zhì)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，不僅避免了二次污染問題，還可以提供氫氣、有機(jī)酸和甲烷等產(chǎn)品，具有較好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。本論文在全面的實(shí)驗(yàn)研究和深入的理論分析基礎(chǔ)上，解析了水生植物的瘤胃微生物厭氧降解過程，并對其降解和預(yù)處理工藝學(xué)進(jìn)行了優(yōu)化。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1、利用紅

2、外光譜、X射線光電子能譜和凝膠色譜研究了水生植物(以美人蕉為例)的降解過程。研究結(jié)果表明，水解過程是決定降解效率的限速步驟；利用紅外光譜能夠定性和半定量地表征美人蕉組分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的降解過程；美人蕉表面的主要成分木質(zhì)素的分解主要發(fā)生在厭氧轉(zhuǎn)化過程的初期。 2、利用序批式試驗(yàn)，結(jié)合部分因子設(shè)計(jì)和響應(yīng)曲面法，優(yōu)化了影響美人蕉降解的關(guān)鍵生態(tài)因子和工藝條件，并探討了不同因子之間的關(guān)系。部分因子設(shè)計(jì)和響應(yīng)曲面相結(jié)合能夠有效地

3、強(qiáng)化美人蕉的瘤胃微生物降解過程，底物濃度和pH對水生植物的降解影響最為顯著。美人蕉降解的優(yōu)化條件為：pH 6.6和底物濃度8.2 g VS/L，而VFA生成的優(yōu)化條件為：pH 6.7和底物濃度6.9 g VS/L。 3、利用響應(yīng)曲面法研究優(yōu)化了蘆葦?shù)钠A(yù)處理?xiàng)l件，并借助于紫外光譜、X射線光電子能譜和熱重分析的結(jié)果探討了其作用機(jī)制。優(yōu)化條件下得到的最大產(chǎn)物生成速率為0.485 g COD/L/d，條件為：含水率18％，汽爆壓力

4、1.6 MPa，時(shí)間8.0 min；得到的最大產(chǎn)物產(chǎn)率0.432 g COD/g，條件為：含水率20％，汽爆壓力1.8 MPa，時(shí)間8.0 min。汽爆處理破壞了蘆葦?shù)闹旅芙Y(jié)構(gòu)，增加了原料的比表面積和吸附能力，從而提高了蘆葦?shù)纳镛D(zhuǎn)化效率和速率。 4、研究了重金屬對蒲草厭氧轉(zhuǎn)化的影響。適量的重金屬增加了瘤胃微生物轉(zhuǎn)化蒲草的效率，特別是在Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)分別為1.6、2.4和4.0 mg/L時(shí)；高劑量的重金屬濃

5、度對瘤胃微生物中有抑制作用，尤其是產(chǎn)甲烷細(xì)菌耐毒性最差；三種重金屬按毒性影響大小排序?yàn)椋篊d(Ⅱ)＞Cu(Ⅱ)＞Cr(Ⅵ)。 5、研究了表面活性劑存在時(shí)美人蕉的厭氧酸化過程。響應(yīng)曲面法分析結(jié)果表明，在美人蕉和吐溫80濃度分別為6.3 g VS/L和2.0 ml/L時(shí)，最大有機(jī)酸產(chǎn)率為0.147 g/g VS，吐溫80對酸化產(chǎn)率的影響遠(yuǎn)大于底物濃度；吐溫80可能通過破壞美人蕉的結(jié)構(gòu)，降低木質(zhì)素對水解細(xì)菌和酶的非再生性吸附，從而提

6、高有機(jī)酸的產(chǎn)率。 6、建立了利用近紅外光譜測定水生植物木質(zhì)素、干重、揮發(fā)性物質(zhì)和生物降解組分的新方法。利用近紅外反射光譜分析技術(shù)和偏最小二乘回歸法優(yōu)化了光譜范圍和光譜預(yù)處理方法，建立了近紅外光譜測定水生植物中木質(zhì)素、干物質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)含量以及生物降解組分的校正模型。利用10個(gè)水生植物樣品對所建模型的實(shí)際預(yù)測效果進(jìn)行了驗(yàn)證，預(yù)測值與化學(xué)值的相關(guān)系數(shù)分別為0.959、0.859、0.893和0.821。結(jié)果表明，近紅外光譜技術(shù)可以