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导电材料对多糖和蛋白质厌氧消化的影响

收稿日期:2024-12-22 修回日期:2025-02-18 接受日期:2025-02-21

DOI:10.20078/j.eep.20250401

摘要:厌氧消化是作为污水和有机固废资源化技术,近年来导电材料强化调控受到广泛关注。研究表明,导电材料对厌氧消化过程具有促进作用,但其对不同组分的作用机制尚不明确。以淀粉和大豆分离蛋白为代表性底物,以生物炭和铁粉为导电材料,进行生化产甲烷潜力实验,... 展开+
摘要:厌氧消化是作为污水和有机固废资源化技术,近年来导电材料强化调控受到广泛关注。研究表明,导电材料对厌氧消化过程具有促进作用,但其对不同组分的作用机制尚不明确。以淀粉和大豆分离蛋白为代表性底物,以生物炭和铁粉为导电材料,进行生化产甲烷潜力实验,以探究其对厌氧消化过程的影响。结果表明,多糖的产甲烷过程具有明显的双平台特征,而蛋白质的产甲烷过程则较为平缓。在导电材料介导下,生物炭对产甲烷潜力有一定提升作用,而铁粉及其与生物炭协同投加则在一定程度上提高了甲烷产率。具体来说,10 g/L的生物炭使多糖的产甲烷潜力从275.8 mL/g提高至292.6 mL/g,而在蛋白质组中,投加生物炭后产甲烷潜力由286.7 mL/g提升至302.4 mL/g。相比之下,铁粉的加入使多糖的最大产甲烷潜力略有降低。在多糖的初期降解过程中,观察到pH下降和丁酸积累现象,而导电材料加速了pH的恢复及丁酸的降解。在蛋白质水解过程中,氨氮的释放稳定了pH,并且各组均未出现挥发性有机酸(VFA)的明显积累。微生物群落分析表明,在蛋白质实验组中,氢营养型产甲烷菌Methanobacterium的丰度较高,表明氢气作为电子供体还原CO2可能是蛋白质主要的产甲烷途径。无论基质类型如何,铁粉均促进了Methanobacterium的富集。在多糖实验组中,产丁酸菌Clostridium sensu stricto 1显著富集,且生物炭的投加进一步提升了其丰度。在蛋白质实验组中,氢型产甲烷菌Methanobacterium丰度较高;但铁粉的投加促进了该菌在多糖降解中的富集。揭示了多糖和蛋白质2类典型底物的厌氧转化规律,探讨了导电材料在其中的影响机制,为提高厌氧高效转化提供了新的见解。 收起-

作者:

  • 梁慕翔1
  • 秦效海1
  • 许琪2
  • 常琦1
  • 谢晓靓2
  • 郭刚1
  • 昝飞翔1,*
  • 吴晓晖1

作者简介

第一作者:梁慕翔(1994—),男,湖北武汉人,博士研究生,主要研究方向为厌氧消化。E-mail:liangmx@hust.edu.cn
通讯作者:昝飞翔(1992—),男,湖北襄阳人,副研究员,主要研究方向为污水生物处理与有机固废资源化。E-mail:fxzan@hust.edu.cn

单位

  • 1.长江流域多介质污染协同控制湖北省重点实验室 华中科技大学 环境科学与工程学院
  • 2.长江勘测规划设计研究有限责任公司

关键字

  • 厌氧消化
  • 导电材料
  • 蛋白质
  • 多糖
  • 动力学模型

基金项目

国家自然科学基金资助项目(52370136); 湖北省自然科学基金资助项目(2022CFD71)

引用格式

梁慕翔, 秦效海, 许琪, 常琦, 谢晓靓, 郭刚, 昝飞翔, 吴晓晖. 导电材料对多糖和蛋白质厌氧消化的影响[J/OL]. 能源环境保护: 1-10[2025-04-16]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250401.

LIANG Muxiang, QIN Xiaohai, XU Qi, CHANG Qi, XIE Xiaojing, GUO Gang, ZAN Feixiang, WU Xiaohui. Effects of Conductive Materials on Anaerobic Digestion of Polysaccharides and Proteins[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-10[2025-04-16]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250401.

LIANG Muxiang, QIN Xiaohai, XU Qi, CHANG Qi, XIE Xiaojing, GUO Gang, ZAN Feixiang, WU Xiaohui. Effects of Conductive Materials on Anaerobic Digestion of Polysaccharides and Proteins[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-10[2025-04-16]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250401.

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