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微量金属元素对甲烷菌的激活作用

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-02-24  来源:中国钛白粉网  作者:[db:作者]
核心提示:  处理乳清加工废水,当加入Fe,Co,Ni及酵母抽提物时,COD去除率由6kg/(m3.d)增至40kg/(m3.d),并分析COD去除率的增加主要是因为加入Fe,Co,Ni及酵母抽提物后反应器中生

  处理乳清加工废水,当加入Fe,Co,Ni及酵母抽提物时,COD去除率由6kg/(m3.d)增至40kg/(m3.d),并分析COD去除率的增加主要是因为加入Fe,Co,Ni及酵母抽提物后反应器中生物浓度提高。

  生活污水:Owens在低负荷下启动生活污水厌氧反应系统,出水VFA渐渐由大约400mg/L增至出水VFA浓度降至400mg/L.停止加入Fe,Co,Ni盐的混合液,VFA浓度又增至4次加入Fe,Co,Ni盐混合液时,10d内出水VFA浓度再次降至400mg/L.Henry和Colleran1报道当系统启动或改变负荷时,最易出现微量元素缺乏,加入微量元素能提高系统稳定性和抗冲击负荷能九量元素在很大程度上影响着厌氧反应系统的运行,当乳清加工废水厌氧系统仅仅加工N,P时出水VFA仍偏高,但同时加入Fe,Co,Ni或其组合时,出水V FA迅速下降例如,30°C时不加入微量元素时出水VFA为3 300g/L,但加入上述微量元素后出水VFA迅速降为700 mg/L.用厌氧流化床系统基金项目:山西省自然科学基金资助项目(971021)工废水厌氧处理系统会慢慢出现营养不足的现象,但加入很少量的Co便能使系统运行良好1.2甲烷菌对Ni的需求一般认为Ni对甲烷菌的生长并非必要,但近年来研究表明,Ni是甲院菌必需的微量金属元素人发现Ni是F43.的必要成分,而Fe,Co,Mo没有包括在内;Whitman和Wolfe也发现,F430是第一种包含Ni的低分子量的生物物质。Diekert等人还报道,Ni还存在于某些蛋白质中。DoddemaP报道甲烷菌的氢化酶可能是一种含Ni的蛋白质考虑到F430广泛存在于甲烷菌中且F43与血红蛋白结构类似,但其中央金属离子不是Fe而是Ni,从而F430对Ni有大量需求人们开始关注甲烷菌的Ni营养源,因为以往培养甲烷菌的营养液中不包含Ni营养,如Balch等人进行甲烷菌研究,所用培养基含有0.2%酵母抽提物和0.2%胰蛋白酶,但并不补充Ni盐。Diekert等人认为这也是长期以来人们忽视了甲烷菌对Ni元素营养需要的原因甲烷菌生长除需要Ni以外,尚需Fe,Co,Mo,Se,W等微量元素,但对甲烷菌中F430而言,其它微量金属元素均不能替代Ni的作甩Speece报道,在厌氧生物滤池中加10nmol的Ni和50nmol的Co,乙酸转化为甲烷的速率提高了。处理食品工业废水,由于补充这些微量金属元素,甲烷产量提高了42%,缩短了HRTSpeece等人报道,Fe,Co,Ni的补充有助于维持较高的VSS浓度当只加酵母抽提物时,dss=1. 0g/L;当同时补充Ni和酵母抽提物时,dss=7. 1.4微量元素的加入方式及甲烷菌优势菌种变化Takashima和Speece报道,微量金属元素Fe,Co.Ni的氯化物与无机营养液中其它物质混合,当生物停留时间SRT为20d时,只能达到很低的乙酸利用率4~ 8kg/(m3.d);但如果Fe,Co,Ni的氯化物直接加入反应器内,则当生物停留时间SRT为5d时乙酸利用率即可高达30kg/(m3.d),如此高的乙酸利用率是由于Fe2,Ni2和CoCl2直接加入反应器后,反应器内甲烷菌的优势菌种发生了变化,由索氏甲烷丝菌Mathanosata(Methanothx)占优势到巴氏甲烷八叠球菌Methanosarcina(大多数是M.maxei)占优势,这两种甲烷菌均是能利用乙酸的,但两者生成速率有很大区别甲烷丝状菌比活性低,所以它在具有低醋酸浓度的系统中占优势,而在高醋酸浓度情况下,并且所需微量营养足够,则甲烷八叠球菌就占优势。而且后者比活性是前者的3~5倍。

  微量营养元素的加入方式是很重要的。Speece报道,如果微量金属盐不直接加入反应器,即使在特别高的乙酸浓度情况下,仍是甲烷丝菌占优势而当Fe,Co,Ni盐直接加入反应器后,甲烷八叠球菌占优势,其特点是乙酸利用率高并且世代时间短,并且报道如营养足够,控制得当的话,大约2~3周优势菌种发生转变。

  2微量金属元素对毒性物质拮抗作用厌氧处理中甲烷菌对毒性物质往往较发酵菌更为敏感,且利用乙酸盐的甲烷菌较利用H2/CO2的甲烷菌更易受毒性物质抑制因此毒性物质的存在及其浓度是影响厌氧处理重要因素甲烷菌对毒性物质反应受营养条件影响。营养充足与否会减轻或加强毒性物质对甲烷菌的影响。据Li和Speece报道,投加微量金属元素Fe,Co和Ni可以加快甲烷菌对高钠离子环境的驯用率为9,虎(LWdk同充具和酵母抽提物Ms过程并e可以藤高钠离子对蔌菌的抑制作甩Daoming和Forstei'K离子是存在于咖啡废水中的抑制性物质,ca+能有效地对其产生拮抗作甩李亚新和董春娟等进行了厌氧消化过程中补充N,P,S,Ca,Mg,Fe,Ni,Co等8种无机营养元素的费用分柝甲烷菌每转化1000kg乙酸,需无机营养费用3.08.其中N,P为2.29,S为0.29.如果假定每转化1000kg乙酸产生甲烷368m3.其价值为50,则补充8种无机营养盐的费用只占甲烷价值的6%,而补充N,P以外6种无机元素所需的费用仅占甲烷产值的1.5%.由此可见,补充N,P以外无机营养元素的费用远小于由于增加甲烷产量所带来的经济效益4结语虽然厌氧消化过程中N,P是主要的营养元素,但其它一些无机营养Fe,Co,Ni,Mo,Se等也是必需的。微量金属元素特别是Fe,Co,Ni的加入能使反映器内甲烷菌的优势菌种发生变化,由索氏甲烷八叠球菌占优势到巴氏甲烷八叠球菌占优势,从而使乙酸利用率提高数倍但Fe,Co,Ni等营养需直接加入反应器,从而保证甲烷菌的充分利甩微量金属营养元素能对毒性物质产生强烈的拮抗作甩在厌氧消化过程中补充甲烷菌所需的无机营养元素,特别是加入微量金属元是提高厌氧消化过程效率和稳定性的重要途径

 
 
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