不同动物粪便为混合原料厌氧处理糖蜜酒精废水:效率及微生物结构差异分析

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糖蜜是甘蔗制糖的副产品,被广泛用于酒精生产。然而,在生产酒精的过程中,会生产出高浓度的糖蜜酒精废水。对于这种难处理的中高浓度有机废水,厌氧消化无疑是减少废水污染最合适的处理方法之一。但由于糖蜜酒精废水具有pH值低、可溶性化学需氧量(SCOD)高、硫酸盐含量高等特性,单一厌氧消化处理时,系统难以稳定运行。厌氧共消化可以利用底物基质间的平衡,更好的稀释有毒物质,具有增强能量回收,抵抗高有机负荷率(OLR)等优势,可以弥补原料性质给单一消化带来的不利影响,并且研究表明,动物粪便对提高厌氧共消化有促进作用。厌氧消化效果取决于混合底物种类、混合底物配比和底物浓度,此外,接种污泥的选择同样重要。本论文拟采用不同动物粪便与糖蜜酒精废水厌氧共消化,分析厌氧消化效果及微生物结构的动态变化,为优化糖蜜酒精废水厌氧处理工艺提供参考。本研究选取猪粪、鸡粪和牛粪作为糖蜜酒精废水的共消化基质(分别为SM组、CM组和BM组),探究在不同时期的不同条件下比较三组的厌氧消化效果。厌氧消化分为Ⅰ时期和Ⅱ时期。Ⅰ时期为共消化的第4~32天,在此时期,OLR相同,但动物粪便SCOD:糖蜜酒精废水SCOD比例不同(分别按1:1、1:3、1:5、1:7、1:9,动物粪便SCOD逐步减少,糖蜜酒精废水SCOD逐步增加),第Ⅱ时期为厌氧消化效果的第32~104天,在Ⅰ时期的基础上,选择最佳比例并保持该比例(1:7)不变,不断提高进水OLR。结果表明,在Ⅰ时期,各组反应器在1:7比例条件下表现出较好的消化效果,CM组相对较好;1:9阶段,各组的消化效果明显下降,其中BM组相对稳定,SCOD去除率分别比SM组和CM组高11.7%和12.2%。Ⅱ时期,CM组的SCOD去除效果最好,达到70.9±0.4%。微生物群落结构分析表明,CM组以氢营养型产甲烷菌Methanobacteriaceae为主,此外,CM组中具有产乙酸功能的Synergistaceae和具水解多糖方面作用的Anaerolineaceae分别在Ⅰ时期和Ⅱ时期中富集。而Ⅰ时期1:9阶段的Anaerolineaceae菌和多功能乙酸型产甲烷菌Methanosarcinaceae在BM组中发挥了重要的作用。为了分析不同动物粪便混合消化罐中的活性污泥抗逆性,将猪粪、鸡粪和牛粪厌氧共消化后所产生的活性污泥作为接种泥(分别为SMS、CMS和BMS),在高OLR和高浓度硫酸盐的糖蜜酒精废水冲击下比较三种混合污泥的厌氧消化效果。结果表明,在糖蜜酒精废水OLR为6.0 gSCOD·L-1·d-1时,各组的SCOD去除率达最高,CMS组分别比SMS组和BMS组高3.5%和2.9%。在高硫酸盐浓度冲击下,各组消化性能呈下降趋势,CMS组受影响程度较小。综合各阶段反应器厌氧性能,以鸡粪驯化的污泥在高OLR和高浓度硫酸盐糖蜜酒精废水的冲击条件下具有较好的厌氧消化效果。冲击条件下微生物群落结构表明,各组优势种群类型几乎不变,特定菌群相对丰度的变化可能是污泥抗逆性差异的原因。
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