导电材料对多糖和蛋白质厌氧消化的影响
梁慕翔1
秦效海1
许琪2
常琦1
谢晓靓2
郭刚1
昝飞翔1
吴晓晖1
1.长江流域多介质污染协同控制湖北省重点实验室,华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉 4300742.长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北武汉 430010
摘要：厌氧消化是污水和有机固废资源化的前沿技术,近期研究表明,导电材料对厌氧消化过程具有促进作用,但其对不同组分的作用机制尚不明确.本研究以淀粉和大豆分离蛋白为代表性底物,以生物炭和铁粉为导电材料,进行生化产甲烷潜力实验,探究其对厌氧消化过程的影响.结果表明,多糖的产甲烷过程具有明显的双平台特征,而蛋白质的产甲烷过程较为平缓.在导电材料介导下,生物炭对产甲烷潜力有一定提升作用,而铁粉及其与生物炭协同投加,在一定程度上提高了甲烷产率.具体来说,10 g/L的生物炭使多糖的产甲烷潜力从275.8 mL/g提高至292.6 mL/g,而在蛋白质组中,投加生物炭后产甲烷潜力由286.7 mL/g提升至302.4 mL/g.相比之下,铁粉的加入使多糖的最大产甲烷潜力略有降低.在多糖的初期降解过程中,观察到pH下降和丁酸积累现象,而导电材料加速了 pH的恢复及丁酸的降解.在蛋白质水解过程中,氨氮的释放稳定了 pH,并且各组均未出现挥发性脂肪酸(VFA)的明显积累.微生物群落分析表明,在蛋白质实验组中,氢营养型产甲烷菌Methanobacterium的丰度较高,表明蛋白质主要的产甲烷途径可能是氢气作为电子供体还原CO2.无论基质类型如何,铁粉均促进了 Methanobacterium的富集.在多糖实验组中,产丁酸菌Clostridium_sensu_stricto_1显著富集,且生物炭的投加进一步提升了其丰度.在蛋白质实验组中,氢型产甲烷菌Methanobacterium丰度较高.本研究揭示了多糖和蛋白质2类典型底物的厌氧转化规律,探讨了导电材料对反应的影响机制,为提高厌氧高效转化提供了新的见解.
关键词：厌氧消化导电材料蛋白质多糖动力学模型
分类号：X703(一般性问题)X705(一般性问题)
资助基金：国家自然科学基金(52370136)湖北省自然科学基金资助项目(2022CFD71)
论文发表日期：2025-10-30
在线出版日期：2025-10-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 171-180 )
英文信息