針鐵礦-石墨作用下產(chǎn)甲烷過(guò)程厭氧微生物胞外聚合物研究.pdf

1、微生物新陳代謝過(guò)程中會(huì)分泌一種大分子有機(jī)物---胞外聚合物，它主要由多糖，蛋白質(zhì)，核酸等物質(zhì)組成，在厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷過(guò)程中起到非常重要的作用。它主要分為兩類:可溶性微生物產(chǎn)物(Soluble Microbial Products，SMP)和可提取的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)。導(dǎo)電礦物能夠充當(dāng)電子載體，促進(jìn)微生物間的種間電子轉(zhuǎn)移和甲烷的產(chǎn)生。本文選擇能夠生成甲烷的厭氧污泥作為獲

2、得SMP和EPS的來(lái)源菌種，選取針鐵礦和石墨與活性炭為代表性導(dǎo)電礦物，主要針對(duì)SMP和EPS與不同導(dǎo)電礦物（針鐵礦、石墨和活性炭等）間的交互作用進(jìn)行研究，初步探索了不同導(dǎo)電礦物作用下SMP和EPS的產(chǎn)生、特性變化，結(jié)合傅立葉變換紅外光譜(FTIR)，三維熒光(3D-EEM)等對(duì)其進(jìn)行了分析表征，以期解析礦物材料增強(qiáng)有機(jī)物產(chǎn)甲烷過(guò)程中的界面作用，本文獲得主要結(jié)果如下:
　　1.以添加針鐵礦為例，污泥厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中SMP和EPS的組分

3、及特性變化進(jìn)行跟蹤測(cè)定和表征的結(jié)果表明:鐵源的加入能改變胞外聚合物EPS和SMP的自身特性以及產(chǎn)量和產(chǎn)率，具體表現(xiàn)為對(duì)EPS和SMP分泌速率的提高，對(duì)EPS和SMP的熒光特性的淬滅作用和對(duì)污泥疏水性和絮凝性能的影響等。其中，針鐵礦的添加相比于FeCl2更能促進(jìn)EPS和SMP的分泌速率的提高和總產(chǎn)量的增加，且對(duì)EPS中腐殖酸和富里酸含量的增多有更好的促進(jìn)作用;而FeCl2則對(duì)SMP熒光性的淬滅程度要強(qiáng)于針鐵礦。
　　2.以添加活性炭

4、和天然石墨為例，探索導(dǎo)電礦物對(duì)厭氧污泥SMP和EPS產(chǎn)生及特的影響，結(jié)果表明:石墨和活性炭因具有較大的比表面積和強(qiáng)吸附性對(duì)SMP和EPS自身組分和含量、熒光特性以及污泥疏水性等均有明顯影響。其中，活性炭在加速細(xì)胞溶解、降低EPS產(chǎn)量和EPS中腐殖酸、色氨酸類似物的含量方面作用更顯著;同時(shí)，石墨和活性炭的投加也會(huì)降低SMP中熒光類物質(zhì)的含量，且會(huì)減弱污泥的相對(duì)疏水性，提高表面自由能，有利于污泥性能的改善。
　　3.在分別添加鐵源和石

5、墨、活性炭的條件下，以從厭氧污泥中提取的EPS和SMP為研究對(duì)象，采用化學(xué)方法初步探索了EPS和SMP的電子傳遞能力，發(fā)現(xiàn):SMP和EPS的電子接受能力強(qiáng)于電子供給能力一倍左右，且甲烷總產(chǎn)量達(dá)到最大時(shí)單位質(zhì)量SMP和EPS的電子提供（接受）能力要強(qiáng)于甲烷產(chǎn)生速率最快時(shí)。鐵氧化物、石墨和活性炭均是很好的電子傳遞媒介，能促進(jìn)電子傳遞過(guò)程的進(jìn)行，胞外聚合物的介導(dǎo)和電子傳遞作用是針鐵礦促進(jìn)體系電子轉(zhuǎn)移從而加快甲烷產(chǎn)生的主要途徑，但并非是影響石墨