¡Por favor, dame conocimientos detallados sobre los metanógenos!

Nuevo método para la inmovilización de metanógenos y sus características de metanación

2004-8-2 16:53:00 1 Departamento de Biología, Universidad Normal Capital, 2 Instituto de Energía de Guangzhou, Chino Academia de Ciencias

Resumen: Para superar las deficiencias del uso de PVA como medio de inclusión para inmovilizar Methanosarcina, se utilizó una combinación de método de adsorción e inclusión para inmovilizar Methanosarcina, y se utilizó Methanosarcina inmovilizada para. tratar aguas residuales artificiales y de productos de soja, y estudiar sus características. Los resultados de la operación con aguas residuales artificiales muestran que la carga volumétrica máxima es de 14,7 kg DQO/m3·d, la tasa máxima de eliminación de DQO es del 94,3 %, el período mínimo de retención de agua es de 16,4 h y el contenido de metano es del 65 % al 73 %. Los resultados del funcionamiento con aguas residuales de productos de soja muestran que la carga máxima de DQO es de 17,6 kgDQO/m3·d, la carga de volumen promedio es de 8,2 kgDQO/m3·d y el período de retención de agua más corto es de 13,7 h. La tasa máxima de producción de gas es 7L/d·L. La tasa promedio de producción de gas de los inmovilizados es 15,2 veces mayor que la de los no inmovilizados, y la tasa máxima de eliminación de DQO alcanza el 87,0%. Durante la operación, el medio inmovilizado no flota ni se expande. y tiene buena transferencia de masa y el rendimiento de desgasificación resuelve mejor los problemas existentes en la inmovilización por método de inclusión.

Palabras clave: método de adsorción y encapsulación; Metanosarcina inmovilizada; metanación

0 Introducción

Las células inmovilizadas tratan aguas residuales orgánicas, convirtiéndola en un foco de investigación debido a su ventajas como alta eficiencia de tratamiento, alta biomasa, tamaño reducido y baja producción de lodos. Académicos nacionales y extranjeros han realizado muchas investigaciones sobre el tratamiento de aguas residuales con células inmovilizadas [1-4], pero hay pocos estudios sobre el tratamiento de aguas residuales orgánicas con metanógenos inmovilizados. A excepción del informe de investigación sobre metanosarcina inmovilizada en nuestro laboratorio [5-8], no ha habido otros informes. En la metanación de aguas residuales orgánicas de alta concentración, Methanosarcina juega un papel importante en la metanación debido a su alto μmax y Ks. Pero su mayor desventaja es que no puede permanecer en el digestor en forma de partículas más grandes. El método de inclusión y el método de adsorción son dos métodos de inmovilización celular comúnmente utilizados. Nuestro laboratorio utiliza PVA como medio de inclusión para inmovilizar la metanosarcina. Sin embargo, la producción de gas, la flotación, la hinchazón y la adhesión de las bolas bacterianas inmovilizadas siguen siendo problemas difíciles. El método de adsorción también afecta su popularización y aplicación debido al fácil desprendimiento de las células y la escasa resistencia al impacto. Este artículo intenta combinar estos dos métodos para resolver los problemas anteriores. Este nuevo tipo de método de bolsa de succión utiliza un portador de bajo precio y buen efecto de adsorción, que está envuelto con alginato de sodio, y las condiciones técnicas óptimas se determinan mediante el método ortogonal. La metanosarcina inmovilizada también se utilizó para tratar aguas residuales artificiales y aguas residuales de productos de soja, y logró buenos efectos de metanización.

1 Materiales y métodos

1.1 Ensayo ortogonal

1.1 Bacterias, medios de cultivo

Bacterias: Metanosarcina aislada y conservada en nuestro laboratorio se utilizó como cepa, con un contenido bacteriano de 2 280 × 109/mL y una cantidad de inoculación del 10%.

Medio: 0,2% triptona, 0,2% extracto de levadura, 0,04% K2HPO4, 0,1% NH4Cl, 0,01% MgCl2, 1% metanol, pH 7,2 (ajustado con HCl). Cada botella anaeróbica contiene 100 ml.

1 1 2 Medición de la producción de gas Utilice una botella recolectora de gas graduada que contenga hidróxido de sodio saturado para medir la producción de metano.

1 1 3 Soporte de adsorción: ladrillos refractarios, ceramsita, tela no tejida

1 1 4 Método de inmovilización

Ladrillos refractarios o ceramsita según Cuando se utiliza el soporte : primero mezcle las bacterias y el portador de adsorción de manera uniforme, luego mézclelos uniformemente con el medio de inclusión, luego dispérselos en el agente reticulante para la reticulación y sáquelos para su uso. Cuando se utiliza tela no tejida como portador: primero aplique las bacterias uniformemente sobre la tela no tejida, luego aplique uniformemente el medio de incrustación sobre la tela no tejida, luego use tijeras para cortar la tela en trozos pequeños y colocarlos en el agente reticulante para la reticulación. Sacar y reservar.

1 2 Verificación del reactor UASB

1 2 1 Inóculo, aguas residuales artificiales, reactor

Inóculo: método de bolsa de succión y grupo de control se conectaron por separado Se aisló metanosarcina 250 ml y conservado en este laboratorio, y el contenido bacteriano fue de 2 280 × 109/mL.

Aguas residuales artificiales: 0,2% triptona, 0,2% extracto de levadura, 0,04% K2HPO4, 0,1% NH4Cl, 0,01% MgCl2, 0,5% metanol, 0,5% acetato de sodio, pH 72 (ajustado con ácido acético). La concentración de CODcr es de aproximadamente 8000 ~ 11000 mg/L.

Aguas residuales de productos de soja: las aguas residuales de productos de soja se toman de la fábrica de cuajada de frijol fermentada Wangzhihe de Beijing. La concentración de CODcr es de aproximadamente 6000 ~ 11000 mg/L y el valor de pH es de 35 ~ 60. Después de ajustar el valor del pH a 60 NaOH y ejecutarlo durante 55 días con aguas residuales artificiales, las aguas residuales de productos de soja se utilizaron directamente como agua de alimentación sin dilución.

Reactor: Para el tratamiento de aguas residuales orgánicas se utilizaron dos reactores UASB a escala de laboratorio, uno mediante el método de bolsa de succión (reactor A) y el otro como control (reactor B). El reactor está fabricado en vidrio orgánico, con un diámetro de 7 cm, una altura de 50 cm, un volumen efectivo de 2 L y un separador sólido-líquido externo. El agua residual almacenada a entre 8 y 10°C ingresa al reactor desde el fondo del mismo a través de una bomba de flujo constante.

1.2.2 Determinación de la producción de gas, CODcr, metano y ácidos volátiles (etilo, propileno y ácido butírico)

Utilizar un instrumento de espirometría para medir la producción diaria de gas. Determine la DQO utilizando el método estándar de dicromato de potasio. El contenido de metano y ácido volátil se analizó con un cromatógrafo de gases (SP2304, Beijing Analytical Instrument Factory).

[page]

2 Resultados y análisis

2.1 Prueba ortogonal

2.1 Selección del portador de adsorción

Utilizando alginato de sodio al 2% como medio de inclusión, se compararon las ventajas y desventajas de los ladrillos refractarios, ceramsita y telas no tejidas como portadores de adsorción. Teniendo en cuenta si el gas producido y flotante se usó como indicador y se usó tela no tejida como portador de adsorción, todos los gases flotaron en el quinto día de la reacción y el tubo de escape se bloqueó, lo que hizo que el experimento fuera imposible. , los ladrillos refractarios y la ceramsita no presentan este problema. Por tanto, se elimina el uso de telas no tejidas como soportes de adsorción. Utilizando la producción de gas como indicador, los resultados experimentales muestran que el ladrillo refractario tiene el pico más temprano de producción de gas en las mismas condiciones, y la producción de gas también es alta, lo que indica que el ladrillo refractario tiene el menor impacto en la actividad de las bacterias. , mientras que el pico de producción de gas del portador de ceramsita es tardío y la producción de gas es menor que la de los ladrillos refractarios. Por tanto, se eliminan las partículas cerámicas y se utilizan partículas de ladrillo refractario como soportes de adsorción.

2.1.2 Determinación de otras condiciones básicas

Después de determinar que los ladrillos refractarios son el portador de adsorción, es necesario determinar los otros cuatro factores que afectan el efecto del método de bolsa de succión: tamaño de las partículas de ladrillo refractario; concentración de alginato de sodio; tiempo de reticulación del alginato de sodio y CaCl2: tiempo de remojo de las partículas inmovilizadas. Los niveles de los factores se muestran en la Tabla 1 y el diseño del encabezado del experimento ortogonal se muestra en la Tabla 2. Los resultados de la prueba se muestran en la Figura 1.

Los indicadores para determinar el efecto de la prueba en función del propósito de la prueba son la producción acumulada de metano y la vida útil de las perlas inmovilizadas. La Figura 1 muestra la relación indirecta entre cada indicador y cuatro factores. La cantidad acumulada de metano de 9 experimentos se muestra en la Figura 2. En la prueba de Metanosarcina inmovilizada, cuanto más larga sea la vida de la bola, mejor, y cuanto más producción de gas, mejor. Del análisis de la Figura 1 se puede ver que utilizando la vida como indicador, A3, B2, C2 y D3 son las mejores condiciones; utilizando la producción de gas como indicador, A3, B2, C2 y D2 son las mejores condiciones; , pero la brecha entre D2 y D3 es relativamente pequeña, por lo que considerando el costo de la prueba, se seleccionó D3. Del análisis de la Figura 2, se puede observar que los No. 5 y No. 9 tienen una mayor producción acumulada de gas. Por lo tanto, con base en los factores anteriores, las condiciones óptimas que finalmente determinamos mediante experimentos ortogonales son A3, B2, C2 y D3, es decir, el tamaño de partícula de los ladrillos refractarios es de 20 a 36 mallas y la concentración de alginato de sodio es 4; %; el tiempo de reticulación es de 1 hora; el método de remojo es remojar en agua del grifo durante 2 horas.

2.2 Tratamiento de aguas residuales con Metanosarcina inmovilizada

2.2.1 Tratamiento de aguas residuales artificiales

Las perlas inmovilizadas preparadas según el experimento ortogonal se cargaron en la reacción 2LUASB El dispositivo funcionó con aguas residuales artificiales durante 55 días. La producción diaria de gas se muestra en la Figura 3. Se puede ver en la figura que la producción diaria de gas de la metanosarcina inmovilizada es significativamente mayor que la de los no inmovilizados. La producción diaria de gas más alta de los dos alcanzó 8500 ml/d y 4350 ml/d respectivamente. Es 24 veces mayor que el de los no inmovilizados. La carga de volumen y la tasa de eliminación de DQO se muestran en la Figura 4. En la figura se puede ver que la carga de volumen de los grupos inmovilizados y de control es básicamente la misma, y ​​la tasa de eliminación de DQO del grupo inmovilizado es significativamente mayor que la de En el grupo de control, las tasas de eliminación de DQO más altas de los dos alcanzaron el 94,3% y el 94,3% respectivamente.

El contenido de metano en el gas producido por ambos es del 65% al ​​73%. Analizando el contenido de ácidos volátiles de ambos efluentes, se obtuvo principalmente ácido acético y casi nada de ácido propiónico y ácido butírico.

2 2 2 Tratamiento de aguas residuales de productos de soja

Después de operar con aguas residuales artificiales durante 55 días, luego use aguas residuales de productos de soja sin diluir como agua de alimentación para aprender sobre el tratamiento de productos de soja con inmovilizados. Metanosarcina Características de las Aguas Residuales. En esta etapa, el *** operó durante 34 días. Los períodos de retención de agua de los reactores A y B alcanzaron 13 7 h y 14 9 h durante la operación con aguas residuales de productos de soja. Entre ellos, el reactor B no recibió agua durante 7 días debido a la baja tasa de eliminación de DQO y la producción diaria de gas, y el período de retención de agua se extendió por otros 8 días.

Los cambios en la producción diaria de gas durante la operación se muestran en la Figura 5. En la figura, se puede ver que la producción diaria máxima de gas es de 14000 ml/d y la tasa de producción de gas es de 7 0 L/( L·d), mientras que la producción diaria máxima del control El volumen de gas es de sólo 5250 ml/d, y la tasa de producción de gas es de 263 L/(L·d). El primero es 2,7 veces mayor que el segundo, y la tasa media de producción de gas es 15,2 veces mayor que la del no inmovilizado. Durante la operación, el contenido de metano del gas producido por el reactor A es estable en alrededor del 65%, mientras que el contenido de metano del gas producido por el reactor B fluctúa mucho.

Los cambios de carga de DQO durante la operación se muestran en la Figura 6. Se puede ver en la figura que las cargas de DQO promedio de los dos son 8 2 kg DQO/m3·d y 5 3 kg DQO/m3·d, lo que son significativamente superiores a las de los no inmovilizados. Inmovilizados, la mayor carga de DQO de los primeros alcanzó los 17,6 kgDQO/m3·d. Las tasas de eliminación de DQO más altas de los dos son 87,0% y 78,6% respectivamente. Las tasas promedio de eliminación de DQO durante el período de operación estable fueron 75,6% y 62,19% respectivamente. Es obvio que la metanosarcina inmovilizada aún puede lograr una mayor tasa de eliminación de DQO y una mayor producción de gas en condiciones de corto período de retención de agua y alta carga de DQO.

[page]

3 Conclusiones

1) Tomando si la producción de gas flota y la producción diaria de gas como indicadores de evaluación, las partículas de ladrillo refractario son mejores que la ceramsita como adsorción. transportistas.

2) Mediante experimentos ortogonales, utilizando como indicadores la producción acumulada de metano y la vida útil de los pellets inmovilizados, se determinaron las condiciones óptimas para el tratamiento de aguas residuales con Metanosarcina inmovilizada por el método de bolsa de succión de la siguiente manera: Ladrillos refractarios Los el tamaño de partícula es de 36 mallas a 20 mallas; la concentración de alginato de sodio es del 4%; el tiempo de reticulación es de 1 hora; el método de remojo es de 2 horas en agua del grifo;

3) Se utilizó un reactor UASB con un volumen de 2L para tratar aguas residuales artificiales. Los resultados de 55 días de operación mostraron que el método de bolsa de succión fue superior a la metanosarcina no inmovilizada en términos de producción diaria de gas. y tasa de eliminación de DQO.

4) Esta metanosarcina inmovilizada se utilizó para tratar aguas residuales de productos de soja durante 34 días. Los resultados mostraron que la metanosarcina inmovilizada aún obtuvo una eficiencia relativamente alta en condiciones de período de retención de agua corto y alta carga de DQO. La tasa de eliminación de DQO y la mayor producción de gas fueron significativamente mayores que las de la metanosarcina no inmovilizada.

[Referencias]

[1] LinYingfeng,ChenKuochen.Desnitrificación y metanogénesis en un sistema de cultivos mixtos inmovilizados[J].WatRes,1995,29(1):35—43.

[2] KarubeI,etal.Mtaneproductionfromwastewatersbyimmobilizedmethanogenicbacteriz[J].BiotechnolandBioeng,1980,12:847-857.

[3] Min Hang et al. Tratamiento anaeróbico de lodos activados embebidos en alcohol polivinílico Investigación sobre la optimización condiciones de las aguas residuales [J]. Environmental Science 1994, 15(5): 10-14.

[4] Wang Jianlong, Shi Hanchang. Progreso de la investigación sobre microorganismos inmovilizados y embebidos en alcohol polivinílico [J]. Industrial Microbiology, 1998, 28(2): 35～39.

[5] Yang Xiushan et al. Estudio sobre el enriquecimiento, separación e inmovilización de metanosarcina en metanosarcina[J] inmovilizada. 1997, 17(3): 268-270.

[6] Yang Xiushan et al. Investigación sobre metanosarcina inmovilizada: formación de lodo granular anaeróbico [J] . : 356-359.

[7] Tian Shen et al. Investigación sobre la mejora de la metanización de Methanosarcina inmovilizada[J]. Journal of Applied Environmental Biology, 1999, 5 (Suplemento): 80-83.

[8] Yang Xiushan et al. Investigación sobre el tratamiento de aguas residuales de productos de soja con metanosarcina inmovilizada [J]. Journal of Capital Normal University, 1999, 20(2):63—69.