零價鐵對剩余污泥與餐廚垃圾聯合發(fā)酵產D-乳酸的影響研究.pdf

1、目前城鎮(zhèn)污水處理量急劇增加，城鎮(zhèn)污水廠將產生大量的剩余污泥，含有大量的微生物及碳源物質，將其發(fā)酵獲得附加值較高的有機酸是近年來的研究熱點。而污泥單獨發(fā)酵存在碳氮比失調的問題，餐廚垃圾含有大量的有機質，可采用餐廚垃圾對污泥進行調質。課題組前期研究發(fā)現，剩余污泥與餐廚垃圾聯合發(fā)酵可促進乳酸的產生。零價鐵作為一種微生物的營養(yǎng)元素和一種高效的催化劑，但針對其對聯合發(fā)酵產乳酸的研究尚無報道，本論文研究了零價鐵對污泥與餐廚垃圾聯合發(fā)酵產D-乳酸的影

2、響。
　　在20℃發(fā)酵條件下，研究對比不同發(fā)酵促進劑（鐵、炭、鐵炭）對發(fā)酵體系產D-乳酸的影響，結果表明零價鐵能顯著促進發(fā)酵體系產D-乳酸；在此基礎上，研究對比不同pH值對零價鐵發(fā)酵體系產D-乳酸的影響，結果表明pH值不調節(jié)時更有利于零價鐵發(fā)酵體系產D-乳酸；進而，研究了不同發(fā)酵溫度（20℃、35℃、50℃）對零價鐵促進D-乳酸效應的影響，結果表明50℃有利于零價鐵發(fā)酵體系產D-乳酸。
　　在此基礎上，文章研究了不同零價鐵投

3、加量對聯合發(fā)酵體系產D-乳酸的影響，結果表明少量零價鐵能促進發(fā)酵體系D-乳酸的產生并提高D-乳酸的OA值（光學純度），過量零價鐵會抑制D-乳酸的產生且降低D-乳酸的OA值，其中R-60（零價鐵投加量60 mg/gVSS）發(fā)酵體系6d時D-乳酸產量及OA值分別為0.33 g/gVSS、75.00％。對發(fā)酵體系物理指標（pH值、ORP值）進行測試，結果表明零價鐵能適當提高發(fā)酵體系的pH值、降低發(fā)酵體系ORP值，pH及ORP的變化更有利于形成

4、乳酸發(fā)酵適合的酸堿度和還原性的環(huán)境。進一步深入研究了發(fā)酵基質上清液可溶解性COD（SCOD）、分子量分布（凝膠色譜法）和發(fā)酵底泥官能團變化（紅外光譜法），結果表明零價鐵能促進發(fā)酵基質固態(tài)有機物的水解溶出；對發(fā)酵體系可溶解性糖、可溶解性蛋白質、VFA、腐殖酸（三維熒光光譜法）進行分析測試，結果表明零價鐵能顯著提高聯合發(fā)酵體系可溶解性有機物的轉化利用。
　　為進一步探究零價鐵對產乳酸的生化影響機理，本文針對發(fā)酵體系酶類系統(tǒng)進行分析，結

5、果表明零價鐵能提高發(fā)酵體系α-淀粉酶、蛋白酶和乳酸脫氫酶的活性，促進代謝產物的轉化利用；發(fā)酵底泥電鏡分析表明，零價鐵能增加發(fā)酵體系桿狀微生物的數量和微生物表面的孔隙度，發(fā)酵基質與微生物充分接觸更有利于發(fā)酵產乳酸。對發(fā)酵底泥中的微生物進行高通量測序分析，結果表明零價鐵能顯著提高發(fā)酵體系微生物的多樣性，微生物α-多樣性和優(yōu)勢菌屬顯著提高，尤其R-60發(fā)酵體系最高，隨著零價鐵投加量的增加，Bacillus菌屬（芽孢桿菌屬）豐度不斷提高，Bac

6、illus菌屬通常通過同型乳酸發(fā)酵產乳酸，其中R-900發(fā)酵體系Bacillus菌屬豐度為48.84%。
　　綜合上述生化實驗結果，對發(fā)酵體系D-乳酸產量及OA值做機理分析發(fā)現：過量零價鐵促進發(fā)酵體系產L-乳酸，抑制了D-乳酸的產生。通過模擬外加L-乳酸，研究過量L-乳酸對D-乳酸產生的抑制性發(fā)現：L-乳酸不會抑制D-乳酸的產生；同時，分析了不同價態(tài)鐵元素的轉化與D-乳酸的關系發(fā)現，不同價態(tài)鐵元素之間電子轉移會形成選擇性還原力，推