水生植物的瘤胃微生物轉化.pdf

1、水生植物被廣泛用于富營養(yǎng)化嚴重的湖泊、河流等水體的修復，但其生長迅速且難以控制，如處理不當容易造成水體的二次污染。另一方面，利用厭氧生物技術能夠將水生植物作為一種可再生的生物質實現轉化，不僅避免了二次污染問題，還可以提供氫氣、有機酸和甲烷等產品，具有較好的環(huán)境和經濟效益。本論文在全面的實驗研究和深入的理論分析基礎上，解析了水生植物的瘤胃微生物厭氧降解過程，并對其降解和預處理工藝學進行了優(yōu)化。主要研究內容和結果如下： 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、半纖維素和木質素的降解過程；美人蕉表面的主要成分木質素的分解主要發(fā)生在厭氧轉化過程的初期。 2、利用序批式試驗，結合部分因子設計和響應曲面法，優(yōu)化了影響美人蕉降解的關鍵生態(tài)因子和工藝條件，并探討了不同因子之間的關系。部分因子設計和響應曲面相結合能夠有效地

3、強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、利用響應曲面法研究優(yōu)化了蘆葦的汽爆預處理條件，并借助于紫外光譜、X射線光電子能譜和熱重分析的結果探討了其作用機制。優(yōu)化條件下得到的最大產物生成速率為0.485 g COD/L/d，條件為：含水率18％，汽爆壓力

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

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

6、高有機酸的產率。 6、建立了利用近紅外光譜測定水生植物木質素、干重、揮發(fā)性物質和生物降解組分的新方法。利用近紅外反射光譜分析技術和偏最小二乘回歸法優(yōu)化了光譜范圍和光譜預處理方法，建立了近紅外光譜測定水生植物中木質素、干物質、揮發(fā)性物質含量以及生物降解組分的校正模型。利用10個水生植物樣品對所建模型的實際預測效果進行了驗證，預測值與化學值的相關系數分別為0.959、0.859、0.893和0.821。結果表明，近紅外光譜技術可以