四环素污染鸡粪厌氧消化的研究

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近年来,鸡粪沼气工程得到了推广与应用。四环素(TC)是鸡场养殖过程中普遍使用的一种抗生素。但是有关TC对鸡粪厌氧消化的影响以及厌氧消化过程对TC的削减都还不明确。本研究通过批次实验和连续实验研究TC对鸡粪厌氧消化的影响,阐明不同浓度TC对鸡粪厌氧消化产甲烷性能的影响,查明TC对厌氧消化水解、酸化、乙酸化以及甲烷化的影响,查明厌氧消化对TC的去除效果,明晰鸡粪厌氧消化后TC在沼渣以及沼液中的分布特征,以期为TC污染鸡粪的厌氧消化工程化应用提供理论依据。得到的主要研究结果如下:(1)在批次实验中,当TC浓度在25~500mg·L-1之间逐渐增加时,对累积产甲烷抑制程度大致相当。当TC浓度为1000mg·L-1时,对鸡粪厌氧消化产生最大13.12%的抑制。随TC浓度增加,EPS浓度逐渐降低,主要表现在EPS多糖比例的减少。低浓度TC条件下(10~150mg·L-1),LB-EPS向S-EPS的快速转化维持了S-EPS比例的稳定;高浓度TC条件下(300~1000mg·L-1),TB-EPS向LB-EPS以及S-EPS的转化,以及S-EPS的解体导致3种EPS含量都在减少,但是各自比例保持均衡。荧光分析表明TC与EPS结合,这有利于降低TC对厌氧微生物的毒性。(2)在连续实验中,通过逐级缩短HRT的方法成功启动并运行鸡粪厌氧消化CSTR反应器。当添加TC浓度为1mg·L-1时,同时出现乙酸和丙酸的累积现象,此时对产甲烷的抑制率为25.95%。提高添加TC浓度为10mg·L-1,消化系统中的戊酸互营养化菌的活性被抑制,此时对产甲烷的抑制率为44.53%。进一步提高添加TC浓度为100mg·L-1,消化系统中丙酸、丁酸和戊酸都出现累积现象,此时对产甲烷的抑制率为55.53%。添加TC导致EPS分泌减少,但是EPS含量不随TC添加浓度增大而改变,EPS蛋白质的比例明显增加,EPS多糖的比例明显下降。添加TC对厌氧消化水解、酸化、乙酸化和甲烷化阶段均一定抑制作用,其中甲烷化阶段对TC的毒性抑制响应最为明显,甲烷化成为厌氧消化的限制性步骤。(3)连续实验中厌氧消化对TC的生物降解率为83.77%~66.08%,降解率随添加TC浓度的增高而降低。液相中残留TC比例为1.41%~8.87%,对应的固相吸附TC比例为14.82%~25.05%。与批次实验相比,TC去除率降低且液相残留比例增加,这可能是因为连续实验的蓄积作用,导致了消化系统中的抗生素累积。根据本研究批次实验和连续实验结果,考虑到抗生素残留发酵液还田会对生态环境安全造成威胁,因此,含TC污染的鸡粪厌氧消化沼渣沼液应合理处置。
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