多角度评价进料方式和零价铁对甘蔗糖蜜酒精废水厌氧消化的影响

作     者：毛会鹏 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：申佩弘;张俊亚

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：甘蔗糖蜜酒精废水 进料方式 零价铁 厌氧消化 微生物菌群 

摘      要：甘蔗糖蜜酒精废水（Sugarcane vinasse,SV）是由糖蜜发酵产生酒精过程中的酒精废醪、冷却水和洗涤水组成,具有高浓度有机物、强酸性和难生物降解等特性。广西作为我国制糖主产区,每年约产生650万吨的SV,给广西带来巨大的经济和环保压力。厌氧消化处理技术是一种效率高、能耗低且产可再生能源的可持续性废水处理工艺,被广泛应用于处理各种难降解的工业废水,但是在实际应用过程中由于消化系统启动时间长、运行稳定性差、处理效率以及产能效率低等问题严重限制了其工业化的应用。而近年来,进料方式和零价铁（zero valent iron,ZVI）被发现能够影响微生物组成、多样性以及改善反应器性能,但关于进料方式和ZVI对甘蔗糖蜜酒精废水发酵的影响研究鲜有报道。本研究主要将进料方式耦合共基质消化与ZVI和传统污泥驯化相结合,在中试条件下研究其对甘蔗糖蜜酒精废水厌氧性能以及关联微生物的影响,为提高厌氧消化效率和优化厌氧处理工艺奠定基础。本实验采用中温厌氧消化法,利用工作体积为22L的内循环厌氧反应器（IC）,在37±1℃条件下进行发酵。实验分为两个阶段,第一阶段研究两个不同进料方式对发酵的影响,第二阶段是在第一阶段研究结果的基础上,选择一个效果较好的进样方式开展ZVI添加的研究。主要研究结果如下:1.与脉冲式进料相比,半连续式进料能够快速启动反应器的运行,溶解性化学需氧量（soluble Chemical oxygen demand,s COD）去除率最高达到了78.48%,并且反应器的的产甲烷浓度最高也达到了64.70%,两个反应器的s COD去除率和甲烷相对增长率最大差分别为17.80%、51.48%。半连续式进料厌氧处理比脉冲式进料厌氧处理能够降解更多的芳香族蛋白、可溶性微生物副产物、有机酸、醇类、酚类等化合物,对部分难降解的有机污染物也有一定的去除和减缓的能力,并且产生更少有害或难降解的代谢物。2.添加ZVI的反应器能够达到更高s COD去除率（73.14%）和甲烷浓度（58.00%）,两个反应器的s COD去除率和甲烷浓度最大差分别为8.90%、6.40%;ZVI能够提高微生物对丙酸、酪氨酸类蛋白和可溶性微生物副产物的降解能力。3.不同进料方式反应器中的微生物多样性和丰度差异显著,半连续式进料反应器细菌多样性更高且Synergistetes、Cloacimonetes的丰度显著增加,古菌以乙酸型产甲烷菌为主且丰度更高;ZVI的添加极显著降低了水解酸化菌的丰度和多样性,但Methanosaetacea科的丰度极显著提升且最高达到78.39%,同样Methanobacteriace科的丰度也有略微提升;ZVI的添加增强了细菌和古菌Chemoheterotrophy、Methanogenesis和Acetoclastic＿methanogenesis的能力。研究结果表明半连续进料和ZVI的添加能够明显改善微生物群落结构,促进甘蔗糖蜜酒精废水的厌氧消化。