【摘 要】
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针对当前重金属污染普遍、含重金属生物质再利用难度高以及生物能源需求迫切等问题,本研究提出利用含复合重金属的生物质进行厌氧发酵产气实验,并利用SPSS对复合重金属添加对
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针对当前重金属污染普遍、含重金属生物质再利用难度高以及生物能源需求迫切等问题,本研究提出利用含复合重金属的生物质进行厌氧发酵产气实验,并利用SPSS对复合重金属添加对玉米秸秆和牛粪混合厌氧发酵的各组分的影响的实验结果进行单因素方差分析和配对样本t检验分析,探索厌氧发酵过程产气特性、发酵过程稳定性、原料降解性、微生物活性以及酶活性的影响,研究复合重金属对厌氧发酵过程的影响机制,为进一步开展复合重金属生物质再利用提供支撑。统计和实验结果如下:(1)添加复合重金属提高了最大日产气量、累积产气量,且提前了产气高峰。在含镉(Cd)或铜(Cu)的厌氧发酵体系中,添加镍(Ni)的复合重金属组(Cd+Ni和Cu+Ni)累积产气量、最大日产气量高于添加铁(Fe)和锌(Zn)的实验组以及仅含Cd或Cu的对照组;添加Ni或Zn提高了甲烷(CH4)含量,添加Fe则无明显变化。(2)复合重金属添加在一定程度上增强了的发酵过程稳定性。在发酵初期更快速的趋于稳定,Cu+Ni和Cu+Zn组在发酵中后期的稳定性明显增强;与仅含Cd或Cu的对照组相比,Cd+Ni、Cd+Zn和Cu+Zn组提高了 ORP稳定性,Cu+Ni和Cu+Fe对ORP没有太大影响。(3)复合重金属添加提高了原料降解性。经单因素方差分析得出,与仅含Cd或Cu的对照组相比,Cd+Ni和Cd+Zn组的平均NH4+-N含量提高,含Cu复合重金属组在发酵初期促进NH4+-N的产生,在发酵中后期提高了 NH4+-N的稳定性;含Cd复合重金属组的VFA消耗提前,含Cu复合重金属组的VFA在发酵前期累积高于对照组;在发酵前期,Cd+Ni、Cu+Ni和Cd+Zn组的COD相比对照组有明显的降低;添加Fe的复合重金属组合有助于提高纤维素的降解率,Cd+Zn有助于木质纤维素尤其是纤维素和木质素的降解,Cu+Ni和Cu+Zn组则无明显影响。(4)添加复合重金属改变了微生物产甲烷菌属的含量,从而改变了酶活性。Cd+Fe和Cu+Ni提高了纤维素酶的活性,而添加Zn的复合重金属组合降低了纤维素酶的活性,尤其是在发酵后期;复合重金属添加提高了辅酶F420活性,从而提高了H2和CO2向CH4的转化,提高了 CH4含量;与仅含Cd或Cu的对照组相比,含Zn复合重金属提高了甲烷嗜热杆菌属的绝对丰度,从而提高了辅酶M活性,而添加Fe和Ni的复合重金属组对辅酶M的活性并没有明显促进作用。本研究探索了在含Cd和含Cu的厌氧发酵体系中添加Fe、Ni、Zn构成的复合重金属组合对厌氧发酵过程的影响,通过单因素方差分析、假设检验和非参数统计等统计学方法,发现复合重金属可以增加玉米秸秆和牛粪混合厌氧发酵的产气量,揭示了发酵体系中重要指标的变化过程,分析了不同重金属的作用机制和效果,为开展植物修复植物残体的处理处置和生物质能源的开发提供了新思路。
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