非粮燃料乙醇废水生物处理资源化利用及功能菌群研究

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随着非粮原料——木质纤维素燃料乙醇产业的发展,开发其生产废水处理及资源化利用技术,可以增加燃料乙醇产业的环境友好性和经济性,是燃料乙醇产业能否快速发展重要环节。本文首先采取高温厌氧-中温好氧-常温生物滤床耦合系统对玉米秸秆/玉米芯燃料乙醇废水进行净化处理,同时获得清洁能源沼气。对燃料乙醇生产过程中的高浓度蒸馏废水及高氨氮预处理废水净化工艺进行了研究。耦合系统由高温厌氧流化床实验(AFBR),好氧气升式环流生物反应器(ALR)和曝气生物滤床(BAF)。在高温厌氧阶段,对燃料乙醇蒸馏废水进行一级处理时,在最优条件下:操作温度5455℃,水力停留时间(HRT)为48h,AFBR反应器连续长期运行,有机负荷达(OLR)14.1g-COD/L。d,同时甲烷产量达到280mL/g-CODremoved。然后在ALR反应器内共代谢降解处理厌氧出水和预处理废水,在操作温度3033℃,pH7.08.0,表观气速(μg)12mm/s,HRT为15h,COD和氨氮(NH4+-N)去除率分别达88.5%和96.7%。最后在BAF中对好氧出水进行深度处理,BAF在常温(18-25℃)下操作,气液比为6:1,HRT为5h,最终出水COD及氨氮降至65.1mg/L和3.9mg/L,达到国家废水一级排放标准(COD≤100mg/L,氨氮≤15mg/L)。16S rRNA分析显示高温厌氧活性污泥中产甲烷菌属以Methanoculleus和Methanosarcina为主,其它功能菌主要包括Clostridia;而好氧污泥中优势菌群主要为Sphingobacteria和Alphaproteobacteria。采用木质纤维素燃料乙醇废水做底物,进行了极端嗜热产氢间歇和连续过程的研究。通过批次反复富集获得极端嗜热产氢混合菌群。考察了温度和pH对间歇产氢过程的影响。在pH7.0及70℃下间歇实验氢气产率达到196.4 mL/g-VSadded;在CSTR反应器中,采用蒸馏废水连续进水,在HRT为4d的条件下,稳定产氢量达到172.0mL/g-VSadded;对稳定产氢的CSTR反应器(70℃,pH 7.0及HRT4天)中嗜热产氢菌群菌群构成采用基因克隆技术进行了研究,极端嗜热产氢菌群主要由Thermotoga和Coprothermobacter属的细菌构成。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
第一章 文献综述第9-33页
    1.1 引言第9-10页
    1.2 燃料乙醇产业及其生产废水第10-13页
        1.2.1 国内外燃料乙醇产业发展现状第10-11页
        1.2.2 燃料乙醇工艺废水第11-13页
    1.3 燃料乙醇工艺废水生物处理及资源化研究进展第13-22页
        1.3.1 废水厌氧生物处理技术第14-16页
        1.3.2 废水好氧氧生物处理技术第16-20页
        1.3.3 燃料乙醇废水资源化研究进展第20-22页
    1.4 生物制氢技术研究进展第22-27页
        1.4.1 氢的制取方法第22页
        1.4.2 厌氧发酵产氢技术研究进展第22-26页
        1.4.3 混合菌群发酵产氢研究进展第26-27页
    1.5 微生物分子生态学研究进展第27-30页
        1.5.1 16S rRNA/rDNA 序列分析技术的基本原理第28页
        1.5.2 16S rRNA/rDNA 序列分析技术应用研究进展第28-30页
    1.6 本文主要研究思路和研究内容第30-33页
第二章 实验材料与方法第33-48页
    2.1 实验材料第33-35页
        2.1.1 接种物与菌种第33页
        2.1.2 实验药品第33-35页
        2.1.3 培养基第35页
        2.1.4 主要试剂第35页
    2.2 实验仪器和装置第35-42页
        2.2.1 实验仪器第35-36页
        2.2.2 实验装置及操作方法第36-42页
    2.3 实验分析方法第42-43页
    2.4 活性污泥附着载体扫描电镜观测第43页
    2.5 PCR-RFLP 实验方法第43-48页
        2.5.1 活性污泥样品16S rDNA 获取第43-45页
        2.5.2 RFLP 分析第45-48页
第三章 燃料乙醇废水生物处理第48-74页
    3.1 高温厌氧生物处理蒸馏废水第48-59页
        3.1.1 污泥驯化及反应器启动第48-50页
        3.1.2 AFBR 反应器操作参数单因素优化第50-53页
        3.1.3 AFBR 反应器最佳环境条件下长期运行及最优HRT 确定第53-56页
        3.1.4 高温厌氧过程微生物种群结构研究第56-59页
    3.2 中温好氧生物处理第59-66页
        3.2.1 好氧活性污泥驯化及反应器启动第59-61页
        3.2.2 ALR 反应器操作参数单因素优化第61-64页
        3.2.3 ALR 反应器最佳条件下长期运行及HRT 确定第64-66页
    3.3 中温好氧过程微生物种群结构研究第66-68页
        3.3.1 好氧活性污泥附着载体扫描电镜观测第66-67页
        3.3.2 好氧活性污泥微生物种群结构分析第67-68页
    3.4 生物膜反应器深度处理好氧出水第68-71页
        3.4.1 BAF 长期运行性能考察第68-70页
        3.4.2 BAF 载体附着生物膜扫描电镜观测第70-71页
    3.5 耦合系统长期运行性能考察第71-73页
    3.6 本章小结第73-74页
第四章 厌氧生物制氢及极端嗜热菌群结构分析第74-84页
    4.1 极端嗜热产氢间歇实验第74-78页
        4.1.1 极端嗜热产氢菌群富集培养第75-77页
        4.1.2 pH 对极端嗜热产氢的影响第77-78页
    4.2 CSTR 连续产氢实验研究第78-81页
    4.3 产氢菌群群落结构分析第81-83页
    4.4 本章小结第83-84页
第五章 结论与展望第84-86页
    5.1 本文结论第84-85页
    5.2 展望第85-86页
参考文献第86-95页
发表论文和参加科研情况说明第95-96页
致谢第96页
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