如何把有机废水转化为清洁能源
时间:2017-06-08 阅读:909
依赖于微生物的厌氧消化作用能够将多种有机废水和固体废物转化为甲烷、氢气等清洁能源,是一种环境友好型的新能源生产途径,也是目前处理工农业有机废物的一个重要手段,厌氧消化的核心是微生物群,因此,获得高活性的厌氧消化菌群是有效转化有机废弃物为能源物质的重要保障。生物反应器内的厌氧消化菌群具有复杂的组成,通常划分为3类,即酸化菌群、产氢气乙酸菌群以及产甲烷菌群,其活性受多种因素影响,包括反应器的结构、pH值、水力停留时间等。Nadarajah等认为温度是厌氧消化菌群的重要影响因子,将影响生物反应器内的菌群结构、化学需氧量去除率、出水悬浮固体和污泥指数等。
通常厌氧消化作用在2个温度范围内进行,即中温厌氧消化和高温厌氧消化,良好高温厌氧菌群在驯化之初,菌源常取自于自然环境如土壤、河道底泥、牛羊粪便以及常温活性污泥等。在提升温度的富集培养过程中,逐渐形成稳定的厌氧消化菌群,研究认为,培养温度改变会给菌群结构的调整带来新的选择压力.温度转变幅度越大,这种选择压力越强烈,并增加菌群结构调整的幅度.同时,温度可能影响菌群变化的周转速率,高的周转速率使菌群更加快速的更换掉不适应新温度的菌群。用分子生物学的检测结果发现,高温的产甲烷古菌可存在于常温厌氧反应器中,反之亦然,而其生物量取决于培养温度.Ahring探索了高温厌氧消化过程温度变化对菌群生物量的影响,结果显示当将一个连续搅拌反应器的培养温度从55 ℃提高到65 ℃,细菌的生物量将有明显的下降,而古菌的生物量会有上升,当温度达到65 ℃时,氢营养型产甲烷古菌具有明显的生物活性。
可见,温度的转变对厌氧消化菌群结构和功能都有强烈的影响.为了减少温度对厌氧消化菌群的冲击,在厌氧生物反应器启动时通常采用梯度升温的方法(韩育宏等,2009).本研究则利用37 ℃的中温厌氧消化菌群直接转入50 ℃培养,并通过连续进料糖蜜有机废水驯化高温厌氧消化菌群,进而考察高温驯化过程中菌群结构、多样性及功能的变化特征.研究结果对阐明厌氧发酵菌群在温度剧烈变化带来的选择压力下菌群结构与功能的变化趋势,对改进高温厌氧消化菌群富集方法具有重要意义。
(1)37 ℃培养的中温厌氧消化产甲烷菌群直接转入50 ℃高温驯化处理高浓度糖蜜有机废水,厌氧消化过程能够快速启动并生成甲烷,并在22 d后形成稳定的高温厌氧消化产甲烷菌群,平均甲烷生成效率为162.5 mL·g-1.稳定产气期间乙酸和丙酸的质量浓度分别为25.3和145.3 mg·L-1。
(2)菌群结构及多样性在高温驯化过程中发生剧烈变化,细菌强于古菌,并逐渐稳定成为以细菌以及产甲烷古菌为主要优势菌群的高温厌氧消化菌群。
(3) 所获高温厌氧消化产甲烷菌群,其产甲烷古菌的总生物量明显下降,大约为7.6×106拷贝/g活性污泥。