不同浓度贯叶连翘提取物对厌氧产甲烷的影响

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厌氧发酵技术是微生物在无氧条件下,经过水解、酸化、乙酸化和产甲烷等阶段,将有机底物转化为沼气和其他代谢物的过程,是处理有机废弃物、改善生态环境、开发绿色能源的主要技术之一。规模化厌氧发酵工程中存在系统效率低、稳定性差等问题,限制了其产业化进程。厌氧发酵添加剂可改善厌氧发酵环境、提高微生物的代谢功能,是提高生物质的分解利用率和甲烷产率的有效途径之一。目前,国内外广泛研究的发酵添加剂主要包括微生物、酶类、微量元素、纳米材料、吸附材料等。前期研究发现贯叶连翘提取物(Hypericum perforatum L.Extract,HLE)可有效促进厌氧发酵的甲烷产量,但其主效成分、效应物的有效浓度范围及其促进产甲烷过程的作用方式尚不清楚。本研究在此基础上,利用全自动甲烷潜能测试装置,初步探究了HLE中的主要活性成分对厌氧发酵产甲烷过程的影响,确定了HLE促进厌氧产甲烷过程的有效浓度范围,明确了HLE对厌氧发酵产甲烷过程的作用方式,主要研究结果如下:(1)将HLE中的主要活性成分金丝桃素、芦丁和槲皮素分别按0.3~2.5 mg/g VS、0.1~1 mg/g VS和0.1~1 mg/g VS的水平单独添加至厌氧发酵体系中,对厌氧发酵过程均无显著促进作用。(2)HLE对厌氧发酵的作用随着添加量的增加呈先促进后抑制的趋势。当添加浓度为50~200 mg/g VS时,对累积甲烷产量、Rm、λ、T80等厌氧发酵的性能指标都具有促进作用。350~500 mg/g VS HLE显著延长λ和T80,降低Rm,350 mg/g VS HLE可在发酵后期解除对累积甲烷产量的抑制作用,500 mg/g VS HLE无法解除,显著抑制累积甲烷产量。(3)HLE(3~350 mg/g VS)可显著促进发酵系统中固态有机质向液态或气态的转化。其中HLE添加量为50 mg/g VS和200 mg/g VS时,可显著促进固态有机质转化为CH4;添加量为350 mg/g VS时,可显著促进固态有机质转化为可溶性蛋白质和多糖。(4)HLE(3~350 mg/g VS)可有效促进厌氧发酵的水解、酸化、乙酸化和甲烷化四阶段底物向产物的转化速率,并显著提高不同阶段底物的累积甲烷产量。综合累积甲烷产量、日甲烷产量、产气高峰期、T80等来看,HLE对水解阶段的促进效果最好。综上所述,HLE中的金丝桃素、芦丁和槲皮素对厌氧产甲烷过程无促进作用,一定浓度范围内的HLE可通过影响厌氧水解、酸化、乙酸化和甲烷化过程中物质转化率,促进固体有机质向甲烷的转化,提高累积甲烷产量。本研究可为厌氧发酵添加剂的开发与应用奠定理论基础。
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