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厌氧发酵产酸是产甲烷的前提阶段,优化产酸阶段的处理效果,可提高整个厌氧消化阶段的效率。本课题以葡萄糖和丙酸钠为基质驯化培养产酸菌,同时探究了 ZVI及NZVI对厌氧发酵产酸阶段的影响及该过程中微生物群落的变化。旨在提高厌氧发酵产酸阶段的处理效果,为后续的产甲烷阶段提供合适的底物,进而提高整个厌氧消化阶段的效率。研究结果对于提高产酸效率和改善产酸种类具有指导意义,为水解酸化的广泛应用提供了技术方法和理论支持。本课题得到的主要结果如下:(1)逐渐减少HRT,增大进水VLR,以葡萄糖为基质培养的产酸菌在反应器运行稳定时,污泥颜色由黑色变为黄褐色,最终变为乳白色,出水ORP为-450 mV左右,出水pH为5左右,COD去除率为1 4.5%左右,VFA产量为1800 mg/L左右,酸化率达45%左右,产生的气体成分主要为CO2和H2,在运行过程中CO2占比减小,H2占比增大;以丙酸钠为基质培养的产酸菌在反应器运行稳定时,污泥颜色没有发生变化,始终为黑色,出水ORP为-460 mV左右,出水pH为6.7左右,COD去除率为18%,液相末端发酵产物中乙酸的含量逐渐增大,从0增加到8.48%左右,气体成分主要为CO2、H2和CH4,运行过程中H2占比增大。(2)以葡萄糖为基质培养的产酸菌,投加不同浓度的ZVI(0,1,5,10,20 g/L),当HRT 为 48 h,进水 COD 为 4000mg/L,进水 pH 为 6 时,COD 去除率和VFA产量均有所增大,且其数值随ZVI投加量增加先增大后减小,ZVI投加量为10 g/L时,COD的去除率和VFA产量增加到最大,其COD去除率比对照组高4.82%,VFA产量比对照组高179 mg/L。当ZVI投加量继续增加为20 g/L时,COD去除率和VFA产量均有所减小,但仍大于对照组;上清液中乙酸占比随ZVI投加量增大而增大,丙酸占比随ZVI投加量增大而减少,当ZVI投加量为20 g/L时,乙酸占比最大,丙酸占比最小,其中乙酸占比高出对照组8.1%,丙酸占比较对照组低7.2%;厌氧发酵产酸相中产生的气体主要为H2和CO2,在投加ZVI系统中,H2占比始终低于对照组,对应的CO2占比始终高于对照组,发生同型产氢产乙酸过程。将进水COD浓度增加到6000 mg/L和8000 mg/L,得到和上述相似的结论。(3)以葡萄糖为基质培养的产酸菌,投加不同浓度的NZVI(0,0.5,1,4,7 g/L),当HRT为48 h,进水COD为4000 mg/L,进水pH为6时,投加NZVI有利于COD的去除和VFA的产生。随着NZVI投加量逐渐增加,COD去除率和VFA产量呈现先增大后减小的趋势。当NZVI投加量为1 g/L时,COD的去除率和VFA产量增加到最大,其COD去除率比对照组高12.8%,VFA产量比对照组高211 mg/L,COD去除率和VFA产量均高于ZVI投加组。当NZVI投加量进一步增加到7 g/L时,COD去除率和VFA产量都呈降低趋势;当NZVI投加量从0到1 g/L时,乙酸占比逐渐最大,丙酸占比逐渐减小。当NZVI投加量为1 g/L时,乙酸占比达到最大,丙酸占比达到最小,其中乙酸占比高出对照组12%,丙酸占比低于对照组13.3%。NZVI投加量继续增大时,乙酸占比减小,丙酸占比增大;产生的气体主要为H2和CO2。在投加NZVI系统中,H2占比始终低于对照组,对应的CO2占比始终高于对照组,发生同型产氢产乙酸过程。但当进水pH由6降低为5时,当NZVI投加量较大时,整个体系的H2占比高于空白组,不利于厌氧消化过程。(4)以丙酸钠为基质培养的产酸菌在添加ZVI(10 g/L)及NZVI(1 g/L)后,COD去除率和丙酸转乙酸效率随进水pH(4.5,5,6,6.5)增大而增大,当进水pH小于等于6时,在进水pH相同时,投加ZVI/NZVI实验组COD的去除率和丙酸转乙酸效率大于对照组,投加ZVI组COD去除率比空白组高2%～6%,丙酸转乙酸效率比空白组高1.1%～3.3%,投加NZVI组COD去除率比空白组高5%～7%,丙酸转乙酸效率比空白组高3.5%～4.8%;当进水pH小于等于6时,反应器中添加ZVI组氢气占比比空白组低3%～5.6%,添加NZVI组氢气占比比空白组低2.4%～4.1%。;随着进水pH逐渐增大,实验组和对照组差距不断缩小,当进水pH为6.5时,基本没有Fe2+溶出,实验组和对照组COD去除率和丙酸转乙酸效率基本相同,H2占比大致相同。(5)通过16S rDNA技术分析以葡萄糖为基质培养的产酸菌及添加ZVI后培养的产酸菌,两样品中微生物群落结构有所差异。从门水平、纲水平及属水平上分析,添加ZVI后微生物种类有所增加。两样品的优势菌门为Actinobacteria(放线菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)和Proteobacteria(变形菌门);两样品的优势菌纲为Actinobacteria(放线菌纲)、Negativicutes、Bacteroidetes(拟杆菌纲)和Clostridia(梭菌纲);两样品的优势菌属为Coriobacteriaceae_unclassified(肠杆菌属)、Megasphaera、Prevotella、Bacteroides(拟杆菌属)和 Dialister。添加 ZVI后在门水平新增Acidobacteria(酸杆菌门)和Chloroflexi(绿弯菌门);纲水平新增Betaproteobacteria(β-变形菌纲)、Bacteria一unclassified以及Erysipelotrichia;属水平新增 Porphyromonadaceae_unclassified 菌属。