【摘 要】
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废弃生物质可以通过厌氧发酵和堆肥等生化过程实现资源化,但这些生化或热化学产品的价值较低。迫切需要开发和扩展用于从废弃生物质中绿色高效资源化回收高价值产品的替代技术。利用废弃生物质回收中链羧酸(MCCAs)是具有较高价值和意义研究热点的方法之一,但其中有很多限制生产的因素尚未被确定和解决。本研究以乳酸为电子供体,探究不同控制条件下生产MCCAs的性能,并进行微生物群落结构分析,进而明晰基于乳酸产MC
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目,基于共同电子供体引导的碳链增长反应强化中链羧酸回收及电子传递作用机理(51978201)
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废弃生物质可以通过厌氧发酵和堆肥等生化过程实现资源化,但这些生化或热化学产品的价值较低。迫切需要开发和扩展用于从废弃生物质中绿色高效资源化回收高价值产品的替代技术。利用废弃生物质回收中链羧酸(MCCAs)是具有较高价值和意义研究热点的方法之一,但其中有很多限制生产的因素尚未被确定和解决。本研究以乳酸为电子供体,探究不同控制条件下生产MCCAs的性能,并进行微生物群落结构分析,进而明晰基于乳酸产MCCAs反应限制因素和解决措施,为利用废弃生物质厌氧发酵产MCCAs的工艺过程调控、参数优化和提高产率提供依据。本研究通过设置不同pH值条件下的实验,确定乳酸和乙酸为底物时的最佳产酸pH值;通过设置不同pH调控方式的反应器,探究pH调控是否为反应过程中所必要的条件,从而探寻是否可以通过不控制pH值来减少运行过程中酸碱物质的投加。研究结果显示pH=5的反应条件更合适,该条件下己酸的平均浓度最高,达到362.34 mg/L。链增长反应过程中pH调控是必须的,进行pH值调控的反应器中SCCAs和MCCAs的平均浓度(5.681 g/L和487.92 mg/L),均明显高于未调控pH值的反应器(2.717 g/L和326.39 mg/L),pH调控过程可能会成为利用实际废弃生物质厌氧发酵产MCCAs的主要成本来源之一,可以寻找一些更低成本且能维持反应器pH的其他物质来代替酸碱物质的投加,以减少运行成本,使资源化过程更有价值。在连续流反应器中,通过对运行参数的优化调控提高MCCAs生产。研究显示连续流反应器的链增长反应会出现更长的滞后期,但是产MCCAs效果要远高于序批反应器。将ULV控制在1.150 m/h、pH为4.9-5.1范围时,底物利用率最高,己酸最高浓度可达4.43 g COD/L;HRT=24h相较于36h更适合链增长反应的进行,将HRT下降到24 h后丁酸浓度由98.58 mg/L升高到3601.55 mg/L,升高了35倍之多,己酸浓度提高到1766.18 mg/L,得出结论在以乳酸为底物的连续流反应器中,适当缩短HRT是一个更适合于链增长反应进行的参数条件变化。微生物多样性分析表明,以乳酸为单电子供体长期生产MCCAs的反应器中,Firmicutes菌门成为最主要的菌门,Caproiciproducens,Pseudoramibacter,norank_f__Eubacteriaceae,Oscillibacter为优势微生物菌属。
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