基于造纸污泥环境瘤胃微生物水解酸化木质纤维素制取挥发性脂肪酸（VFAs）机制及性能研究

Volatile fatty acid is a precursor of biomass fuel production-methane and biodegradable plastics-poly hydroxy fatty acid. The content of lignocelluloses in pulp and paper mill sludge is high. Lignocelluloses is hardly biodegraded by anaerobic fermentation because of stable chemical properties. As it can be noticed in nature, rumen microorganisms are effective on the degradation of lignocelluloses. This study is conducted to investigate anaerobic fermentation of pulp and paper mill sludge by rumen microorganisms, which could achieve the reduction, recycling and harmless of pulp and paper mill sludge. This study focuses on impact mechanism of the various process parameters on rumen microbial hydrolysis and acidification of pulp and paper mill sludge, the rules of lignocellulose hydrolysis acidification, the properties of the changing on microbial community structure, the stabilities of rumen microbial population structure and composition, the stabilities of performance and function of dominant rumen microbial, the cell-wall-broken performance of residual biological sludge and building the technical system of rumen microorganisms culture- pulp and paper mill sludge hydrolysis acidification. The results of this study could provide theoretic for hydrolysis and acidification of paper mill sludge by rumen microorganisms to produce volatile fatty acid technology.

挥发性脂肪酸（VFAs）是生产生物质燃料——甲烷和生物降解塑料——聚羟基脂肪酸酯的前体。针对造纸污水处理产生的化学污泥和生物污泥木质纤维素含量高、化学性质稳定，难生物降解、资源化利用率低的实际问题，本项目基于前人的研究结果，即瘤胃微生物对木质纤维素具有强水解特性，提出利用牛瘤胃微生物接种，培养瘤胃微生物菌群用于高效水解酸化造纸污泥制取VFAs的构思，加速造纸污泥的减量化、资源化和无害化进程。本项目重点研究：考察多种工艺参数对瘤胃微生物水解酸化造纸污泥的影响机制，揭示造纸污泥中木质纤维素水解酸化规律；研究瘤胃微生物在厌氧水解酸化过程中菌群演变规律，对形成稳定的瘤胃微生物菌群的结构和组成进行解析；考察优势菌群对污泥水解酸化性能和功能的稳定性，构建瘤胃微生物菌种培养-污泥厌氧水解酸化技术体系，为瘤胃微生物水解酸化处理造纸污泥制取VFAs技术提供理论支持。

造纸污泥是一种混合污泥，由造纸废水处理过程的化学混凝沉淀池或气浮池的物化污泥和二级生物处理产生的剩余生物污泥混合而成。由于造纸污泥中木质纤维素含量高，难以厌氧消化，综合利用率较低，给环境造成了严重污染。因此，造纸污泥资源化、减量化和无害化是一个亟待解决的课题。本项目利用高效降解木质纤维素菌群——瘤胃微生物体外水解酸化处理造纸污泥，为瘤胃微生物水解酸化处理造纸污泥制取VFAs技术提供理论支持。.项目在以下几个方面开展了研究：通过研究瘤胃微生物在体外处理造纸污泥过程中木质纤维素水解酸化的影响机制，揭示造纸污泥中木质纤维素水解酸化规律；探明瘤胃微生物水解造纸污泥中木质纤维素的稳定优势菌群及其结构与组成；考察优势菌群对污泥中木质纤维素水解酸化性能和功能的稳定性及对剩余活性污泥菌体细胞壁的破壁性能，构建瘤胃微生物菌种培养-污泥厌氧水解酸化技术体系。.研究结果表明：瘤胃微生物体外环境下厌氧酸化造纸污泥最优产VFAs反应条件为pH = 7，T = 37.5℃，反应时间 = 93 h；VFAs主要成分为乙酸和丙酸，乙酸产量对VFAs产量起决定性作用，pH值对VFAs产量具有显著影响，实验因素对VFAs影响程度为：pH＞反应时间＞反应温度；酸化过程中，与原始瘤胃微生物相比优势菌群发生了变化，由厚壁菌门和拟杆菌门变为拟杆菌和变形杆菌；长期运行反应器过程中，优势菌群的结构和功能稳定；通过对消化液中SCOD、氨氮、蛋白质和还原糖的测定发现瘤胃微生物可以有效的促进造纸污泥中EPS和微生物细胞壁的破裂，增加消化液中可降解有机物含量。.本研究的结果开创了一条高效处理造纸污泥的新途径，加速了造纸污泥的资源化、减量化和无害化进程，具有重要的科学意义，并可产生一定的环境及经济效益。