fe_3o_4纳米颗粒对厌氧消化产甲烷过程的影响研究

《fe_3o_4纳米颗粒对厌氧消化产甲烷过程的影响研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文Fe3O4纳米颗粒对厌氧消化产甲烷过程的影响研究EFFECTOFMAGNETITENANOPARTICLESONMETHANOGENESISBYANAEROBICDIGESTION钱风越哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：X703.1学校代码：10213国际图书分类号：628.35.密级：公开工学硕士学位论文Fe3O4纳米颗粒对厌氧消化产甲烷过程的影响研究硕士研究生：钱风越导师：马文成副教授申请学位：工学硕士学科：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔

2、滨工业大学ClassifiedIndex：X703.1U.D.C：628.35DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEFFECTOFMAGNETITENANOPARTICLESONMETHANOGENESISBYANAEROBICDIGESTIONCandidate：QianFengyueSupervisor：Assoc.Prof.MaWenchengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：M

3、unicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMuni.AndEnv.EngDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要厌氧消化作为将环境治理、能源回收与生态良性循环相结合的综合系统，广泛应用于废水处理、污泥处理、城市生活垃圾处理、农村农作物秸秆和畜禽粪便厌氧发酵等多个方面。在参与处理过程的众多微生物中，产甲烷菌由于对厌氧条件要求

4、高、氧化还原电位低、最适pH范围窄、对有毒有害物质敏感等特点，成为制约厌氧消化系统处理效率的主要原因。Fe作为参与产甲烷菌代谢活动最重要的一种金属，在厌氧消化体系中引入不同形态/价态的Fe以提高产甲烷菌代谢活性与系统效率一直是该领域的研究热点。但是投加浓度难以控制、阴离子抑制、生物利用度低、化学性质不稳定等问题严重影响其应用性。本研究针对这一问题而展开，提出向厌氧消化体系中引入Fe3O4纳米颗粒（Fe3O4NPs），通过两阶段实验考察其对厌氧消化产甲烷过程的影响，并对Fe3O4NPs促进/抑制厌氧消化产甲烷效

5、应进行分析，进而为提高污水、污泥、垃圾、农作物秸秆和畜禽粪便厌氧消化处理产气效能提供新的思路和理论依据。第一阶段研究以乙酸钠模拟废水为底物，通过序批式静态实验装置宏观地从CODCr降解、系统环境参数（pH/ORP）、累积气体/甲烷产量及比产甲烷速率角度考察了不同浓度、粒径Fe3O4NPs对厌氧消化产甲烷过程的影响。研究结果表明，除去80~100nm粒径段外，低粒径的Fe3O4NPs（0~80nm）均能加快厌氧降解CODCr过程，其中粒径为40~60nmFe3O4NPs对底物降解的促进作用最为明显。不同添加粒径

6、对系统环境参数（pH/ORP）的影响趋势大体一致：添加Fe3O4NPs加快了底物的降解速率，提高体系pH，形成弱碱性环境（7.0~7.6）；同时，Fe3O4NPs作为混合价态氧化物使体系ORP经历了小幅度增长后快速降低（~340mV），形成更加有利于厌氧产甲烷菌生长代谢的厌氧环境。Fe3O4NPs对厌氧累积气体/甲烷产量的影响随着添加粒径、浓度的增大表现出“先增后抑”的现象，且适当添加浓度（100~400mg/L）可以明显提高比产甲烷速率，并使其在相对长时间内保持在较高水平。综合比较Fe3O4NPs对厌氧产甲

7、烷过程宏观指标的影响，研究选取40~60nm、200mg/L（0.117g/gVSS）作为最优投配条件。第二阶段研究以乙酸钠模拟配水为底物，通过半连续流实验装置，在最优投配条件下（40~60nm、0.117g/gVSS)，从Fe赋存形态、Fe3O4NPs结构变化、关键酶（F420、CoM）含量及菌落多样性与丰度角度进行了Fe3O4NPs对厌氧消化系统影响分析。研究结果表明，Fe2+3+3O4NPs可以向体系中缓慢释放Fe/Fe，并I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文在微生物协同作用下使体系中Fe2+含量明显提高，

8、由对照组的1.75mg/L提高至3.6mg/L；结合稀释实验结果可知Fe2+3O4NPs作为铁源对维持体系Fe含量、提高系统稳定性有良好的效果；另外，对比Fe2+实验组（4mg/L）结果可知，Fe3O4NPs主要是以作为种间电子传递载体的方式提高厌氧消化效率。研究对厌氧污泥中不同形态Fe含量的测定结果表明，添加的Fe3O4NPs部分通过吸附、络合反应等方式明显提高污泥中总铁与生物有效性铁的含量，由对