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蓝藻定向发酵产丁酸的条件研究

作　者: 吕娴
导　师: 阮文权
学　校: 江南大学
专　业: 环境工程
关键词: 蓝藻丁酸厌氧发酵颗粒污泥
分类号: TQ921.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来太湖蓝藻暴发频繁,作为太湖富营养化治理的重要应急措施,大量蓝藻被打捞、堆放。蓝藻富含多种有机物质,如何资源化利用值得深入研究。将蓝藻作为资源加以利用,变废为宝,在改善环境的同时,获得社会和经济的双重效益。本文提出将蓝藻作为发酵产丁酸的原料加以利用的资源化方式,主要对太湖蓝藻定向发酵产丁酸的条件优化,为蓝藻资源化利用提供理论依据和技术支持。(1)提高蓝藻厌氧发酵产丁酸效率的方法。研究结果表明：不同的发酵初始pH值和不同的预处理方法均可不同程度地影响丁酸产量。蓝藻厌氧发酵的初始pH值为5时,丁酸产量最高,为2570 mg/L,且与其他实验组相比有明显优势。热处理的最佳条件为80℃,处理时间30 min;酸法处理的最佳条件为pH值为4的条件下处理24 h；碱法处理的最佳条件为pH值为10的条件下处理24 h；微波法处理的最佳条件为中火条件下微波处理4 min。在各种预处理方法中,蓝藻厌氧发酵后丁酸产量的大小关系为：碱处理>热处理>微波处理>酸处理>空白样,其中碱法预处理的丁酸产量及有机酸产量均最高,其丁酸及有机酸产量分别为4390 mg/L和5962 mg/L。从整个厌氧发酵过程中各项指标分析及工业化应用方面考虑,碱法预处理更符合蓝藻快速减量化、资源化的要求。(2)以四种有机酸(乳酸、乙酸、丙酸、丁酸)对厌氧颗粒污泥进行胁迫处理,将胁迫后的污泥接种太湖蓝藻进行发酵产丁酸的实验,考察单一有机酸及混合有机酸胁迫对提高蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响。结果表明,采用乳酸浓度2 g/L、乙酸浓度6g/L、丙酸浓度5 g/L和丁酸浓度12 g/L的混合有机酸胁迫污泥后产丁酸效果最佳,得到最大丁酸产量为10252 mg/L,比空白提高了139%。测定厌氧消化过程中蛋白酶和磷酸酶活性的变化,结果表明通过一定浓度的有机酸胁迫污泥,可以提高微生物的耐酸能力,进而提高蛋白酶和磷酸酶的活性,最终达到提高丁酸产量的目的。(3)在蓝藻厌氧发酵过程中添加营养物,通过调节添加营养物的浓度,找到促进发酵产丁酸的最佳添加浓度。本章考察了四种营养物：Fe、Fe2+、Ni2+和酵母浸膏。其中促进效果最佳的是添加酵母浸膏,其添加浓度为0.25 g/L时产酸效果最佳,丁酸产量为6803 mg/L,是空白实验组的1.90倍；其他营养物的促进效果由高到低依次为：Fe2+浓度为0.1g/L、Ni2+浓度为0.2 mg/L和Fe浓度为0.5 g/L。考察各种添加营养物对混合细菌发酵产丁酸的动力学参数的影响,结果表明：添加适量的四种营养物均可提高蓝藻发酵的产丁酸量和最大比产丁酸速率。其促进效果从大到小依次为酵母浸膏>Fe2+>Ni2+>单质Fe。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-18
  1.1 湖泊富营养化  8-10
    1.1.1 我国湖泊富营养化状况  8
    1.1.2 湖泊富营养化的危害  8-9
    1.1.3 太湖水质现状  9-10
  1.2 蓝藻资源化  10-13
    1.2.1 蓝藻资源化利用国内外研究进展  10-12
    1.2.2 蓝藻资源化利用的意义  12
    1.2.3 目前存在的问题  12-13
  1.3 丁酸生产的概况  13-16
    1.3.1 丁酸生产方法  13-14
    1.3.2 国内外生产状况  14
    1.3.3 厌氧发酵产丁酸技术  14-16
  1.4 研究意义、研究目标和主要研究内容  16-18
    1.4.1 研究意义  16-17
    1.4.2 研究目标  17
    1.4.3 研究内容  17-18
第二章提高蓝藻厌氧发酵产丁酸效率的方法研究  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 材料和方法  18-20
    2.2.1 蓝藻来源及其预处理  18-19
    2.2.2 接种污泥来源及其特性  19
    2.2.3 实验设计  19
    2.2.4 发酵过程相关指标的测定  19-20
  2.3 结果与讨论  20-25
    2.3.1 发酵初始pH对蓝藻定向发酵产丁酸的影响  20-21
    2.3.2 酸法预处理对蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响  21
    2.3.3 碱法预处理对蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响  21-22
    2.3.4 加热预处理对蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响  22-24
    2.3.5 微波预处理对蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响  24
    2.3.6 各预处理最佳条件比较研究  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章有机酸胁迫对蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响  26-32
  3.1 引言  26
  3.2 材料与方法  26-27
    3.2.1 材料来源与特性  26
    3.2.2 实验设计  26-27
    3.2.3 发酵过程相关指标的测定  27
  3.3 结果与讨论  27-31
    3.3.1 单一有机酸胁迫污泥对厌氧发酵产丁酸的影响  27-28
    3.3.2 混合有机酸胁迫污泥对厌氧发酵产丁酸的影响  28-29
    3.3.3 有机酸胁迫对发酵过程中蛋白酶活性的影响  29-30
    3.3.4 有机酸胁迫对发酵过程中磷酸酶活性的影响  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章添加营养物对蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响  32-38
  4.1 引言  32
  4.2 材料与方法  32
    4.2.1 材料来源与特性  32
    4.2.2 实验设计  32
    4.2.3 发酵过程相关指标的测定  32
  4.3 结果与讨论  32-37
    4.3.1 单质Fe和Fe~(2+)对蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响  32-34
    4.3.2 Ni~(2+)对蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响  34
    4.3.3 酵母浸膏对蓝藻厌氧发酵产丁酸的影响  34-35
    4.3.4 添加营养物对混合细菌产酸发酵动力学参数的影响  35-37
  4.4 本章小结  37-38
第五章结论与展望  38-40
  5.1 主要结论  38-39
  5.2 展望  39-40
致谢  40-42
参考文献  42-46
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文  46

蓝藻定向发酵产丁酸的条件研究

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