酸碱调控及底物浓度对木糖发酵产酸特性的影响

以木糖为碳源采用间歇培养方式,对木糖厌氧发酵产酸进行研究。考察木糖浓度和初始pH值对木糖厌氧产酸的影响。结果表明,随着木糖浓度的增加,总产酸量得到提高,但木糖利用率却呈现下降的趋势。当木糖浓度为5 g/L时,其利用率为100%,15 g/L时利用率为73.9%,此时挥发性脂肪酸(VFAs)为9.22 g/L。木糖的分批投加可有效促进产酸,尤其是促进乙酸浓度的提高。pH为5.0和6.0左右时,VFAs主要成分为乙酸和丁酸;而pH为7.0～9.0时,乙酸含量明显增高,在pH值为8.0的条件下乙酸含量占总VFAs的80.1%。在pH=8.0时经过8 d左右的发酵,VFAs浓度可达9.34 g/L。     

碱性条件促进太湖蓝藻厌氧发酵产挥发性脂肪酸

采用批式研究实验,考察了酸性(pH 5)、中性(pH 7)和碱性(pH 9)条件下,太湖蓝藻厌氧发酵产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)过程中的产酸指标,酸分布及蓝藻有机成分降解的效果。结果表明,pH为9时VFAs产率最高,为0.274 g VFAs/g VS,VS降解率达到51.91%。蓝藻有机成分中蛋白质、碳水化合物、脂类降解率也在pH为9时达到最高,分别为53.2%、30%和40.6%。实验对蓝藻产酸效果与其他固废产酸效果进行了比较,比较结果说明,太湖蓝藻作为厌氧发酵原料生产挥发性脂肪酸具有可行性。     

液氨预处理强化复合菌系WSC-6降解稻秆的性能

高效、经济的预处理技术对提高稻秆的生物降解效率，实现稻秆资源的工业化利用具有重要意义。为确定液氨对稻秆生物降解性的影响，以复合菌系WSC-接种液氨预处理的稻秆，研究其生物降解性能。结果表明，用液氨预处理后的稻秆作为碳源，由于营养结构的改变，复合菌系WSC-6需要经过3d的适应期进入对数增长期，氮源利用率和微生物浓度均显著高于未处理的对照组。复合菌系WSC-6对其生物降解性得到明显提高，7d后的稻秆失重率达到62．7％，纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别达到57．5％、85．6％和36．3％。液氨预处理对发酵系统的pH值影响不大，复合菌系WSC-对稻秆降解的pH值仍维持在6．5～8．6之间，有利于进行丁酸型发酵，这对后续利用乙酸高效生产沼气具有重要意义。     

厌氧发酵产挥发性脂肪酸实现太湖蓝藻泥的减量与资源化

采用热碱预处理及厌氧发酵技术实现了太湖蓝藻生产挥发性脂肪酸(VFAs)。结果表明,热碱预处理(T=90℃,pH=12)可以促进蓝藻中的固相有机质溶于液相中,溶解性的化学需氧量(SCOD)、碳水化合物和蛋白质相比未预处理分别提高了10.3、12.3和4.8倍。三维荧光光谱(3D-EEM)分析表明,热碱预处理能提高蓝藻可生物利用性,同时降低腐殖酸的含量,有利于后续生物转化。在序批式厌氧发酵产酸运行模式下,平均总挥发性脂肪酸(TVFAs)浓度达到18.64 g·L~(-1),产酸效率(1 g VSS中VFAs的占比)为46%。半连续运行模式下,平均TVFAs可以达到15.56 g·L~(-1),产酸效率为26%。蓝藻中溶解性碳水化合物和蛋白质降解率分别为50.43%和47.04%。同时,蓝藻中总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)的降解率分别为24.5%和43.4%,达到了很好的减量化效果,但残留物中还存在大量有机物未生物转化。     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析简

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系，分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析，并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明，餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长，但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾，说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致，启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌，其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌，是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖，日增殖速率由不足20%增长到近100%并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢，原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多，最高浓度4.7 mg/mL以上，占有机酸总量总量的46%以上，厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

花生粕和淘米水联合发酵产酸的协同效应

为了研究2种典型有机废物花生粕和淘米水联合发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)的协同效应。根据不同配比设计了6组C/N,采用批式厌氧发酵工艺,考查各组的VFAs产量及组成、pH、氨氮和溶解性糖原的变化。结果表明:通过与花生粕空白组和淘米水空白组对比,C/N=15∶1和25∶1协同效应均显著,VFAs最高浓度分别为11 939.95 mg·L~(-1)和17 228.06 mg·L~(-1);利用响应曲面法分析预测在C/N=26.24,发酵时间为10.54 d时,产VFAs效果最优;C/N=69∶1协同效应均显著、C/N=156∶1协同效应均不存在。C/N=15∶1和25∶1的VFAs产量与pH均呈显著正相关、与氨氮均呈极显著正相关、与溶解性糖原均呈极显著负相关。由此可知,C/N=15∶1和25∶1产VFAs效果较好。     

不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中溶出物的释放

对剩余污泥进行厌氧发酵处理可实现污泥中有机质和磷的释放并最终回收利用,而pH是影响厌氧发酵过程的重要因子。为研究pH对厌氧发酵中磷与有机物释放的影响,采用批次实验研究了pH分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中磷和有机物的释放与转化规律。结果表明,在不同pH下,剩余污泥厌氧发酵过程中发生着有机物与不同形态磷的迁移与转化,酸性和碱性环境下的厌氧发酵液成分的三维荧光结构不同。剩余污泥厌氧发酵过程中,泥相钙结合态磷(AP)在酸性条件下转化为液相磷,有机磷(OP)和大部分铁/铝结合态磷(NAIP)在碱性条件下转化为液相磷;其中, pH为11时,污泥发酵液中磷含量最高。污泥发酵类型为丁酸型发酵,发酵产物以异丁酸为主,其次是正戊酸和乙酸。pH为10时,发酵液中的蛋白质与多糖的总量、挥发性有机酸(VFAs)浓度最高,两者呈现正相关关系;类蛋白和类腐殖酸降解,利于VFAs的积累。     

温度和底物浓度对混合菌群木糖厌氧生物产氢的影响

为了获得混合菌群利用木糖进行厌氧发酵产氢的最佳条件,通过批次实验,对中温(35℃)和高温(55℃)下混合菌群利用不同浓度木糖(10~50 g/L)厌氧发酵产氢系统进行了研究。结果表明,35℃下系统累积产氢量和最大氢气产率在底物浓度30 g/L时获得,乙醇和乙酸为主要产氢副产物,但继续提高底物浓度会造成系统VFAs的积累与p H下降,不利于木糖代谢产氢;而55℃下累积产氢量和氢气产率随底物浓度升高持续增长,乙醇为系统主要产氢副产物,VFAs累积量较少。高温下,虽然最大氢气产率和底物木糖降解量比35℃下的低,但有利于获得较为稳定的氢气产量,产氢系统在高底物浓度下也可保持较高的木糖降解率和较为稳定的p H,有利于木糖代谢产氢。     

城市垃圾厌氧干发酵非甲烷菌群分布变化研究

为研究非甲烷菌的菌群分布随时间、空间变化对厌氧干发酵的影响,以城市垃圾为原料进行分析,同时测定pH值。结果表明,启动阶段好氧及兼性厌氧细菌属优势菌,其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌,7 d达最大值2.95×109MPN/mL,是启动阶段降解有机质的主要菌群,而氨化菌在15 d达最大值1.93×108MPN/mL。随后厌氧细菌快速增殖并保持稳定,且仍是产酸菌占优势,15 d达最大值1.55×1010MPN/mL。厌氧纤维素降解菌增殖较慢,发酵30 d不足105MPN/mL,说明原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。空间方面,好氧及兼性厌氧产酸菌在顶部中心最活跃,最大值是底部中心的1.4倍;厌氧产酸菌集中在底部,最大值是顶部的1.2倍。好氧氨化菌在中部中心增殖最多,厌氧氨化菌在中部边缘达最大值1.95×108MPN/mL。纤维素降解菌在底部开始增殖。研究为提高干发酵反应效率和合理设计干发酵反应器提供有效参考数据。     

温度对木质纤维素水解与挥发性脂肪酸累积的影响

木质纤维素厌氧消化过程产生的挥发性脂肪酸（VFAs）可作为外加碳源投加到人工湿地，解决人工湿地反硝化碳源不足的问题，但温度对木质纤维素厌氧消化生产VFAs过程的影响还有待深入探明。考察上述木质纤维素厌氧消化过程中有机碳源、糖与VFAs的变化规律，试图探明温度（10-55℃）对木质纤维素水解与VFAs累积的影响。研究结果表明，温度升高对木质纤维素的水解具有促进作用，对VFAs产量的影响显著。35℃时是生物质发酵产酸的最优条件，VFAs累积量不仅最早（第10天）达到最高值154mgCOD／g生物质，而且碳源的数量和品质均达到较高的水平。     

混合水解对打捆麦秸水解产酸的影响

为研究混合水解对麦秸水解产酸的影响，以猪粪、厨余和蔬菜废物为原料，研究其分别与麦秸混合水解产酸的特性，分析了水解过程中pH值、COD、SCOD和VFAs的变化。结果表明，除麦秸＋蔬菜废物最佳出料时间为3～9d外，麦秸、麦秸＋厨余垃圾、麦秸＋猪粪水解液最佳出料时间均为3～7d，7d后水解液COD浓度下降；将蔬菜废物与麦秸混合水解，水解液pH值降低幅度最大，水解液中总有机酸浓度最高，pH值最低为5．31，有机酸浓度最高达6．46g／L，且水解液中SCOD浓度、SCOD／COD比值最大；添加猪粪明显促进了麦秸有机物的水解溶出，麦秸单位干物质水解率和产酸率较对照分别提高了43％～134％和50．53％，但对提高水解液SCOD浓度、SCOD／COD比、TVFA浓度、降低水解液pH值的效果不如蔬菜废物；添加厨余垃圾的效果介于猪粪和蔬菜废物之间。从促进麦秸水解产酸的角度，以添加猪粪的效果最好。     

剩余污泥发酵产酸特征及基质释放规律研究

剩余污泥发酵既能实现污泥减量,又能获得污水生物脱氮除磷所需的挥发性脂肪酸VFAs等。采用序批式污泥发酵实验,在(30±1)℃的条件下,研究剩余污泥投配比对序批式污泥发酵系统污泥减量、产酸以及基质释放过程的影响,探索VFAs生成最大化的条件。实验结果表明:投加接种污泥不能明显提高序批式污泥发酵系统剩余污泥的减量效果,但可以改善污泥的产酸特性;当污泥投配比大于50%时,发酵过程中将出现2个VFAs浓度峰,且第二次峰浓度更大;较为理想的序批式污泥发酵投配比是60%~80%、发酵时间为5 d或25 d,前者VFAs表观转化率最大(约24%),后者发酵液中VFAs浓度最高(约600 mg/L);发酵过程中,NH4+-N总体呈上升趋势,磷浓度发酵5 d时达到最大值。     

不同氮源对常中温条件下麦秆厌氧发酵的影响

通过自行设计的厌氧发酵装置,研究不同氮源对常温（20℃）和中温（35℃）条件下麦秆厌氧发酵的影响。结果表明,在常温和中温条件下进行麦秆沼气厌氧发酵时,适量添加外部氮源可加快产气速率,增加产气量,缩短产气停滞时间,其中添加牛粪效果最好,分别在182 d和84 d时发酵完全,总累积产气3 486.80 mL和4 210.70 mL,干物质累积产气量为217.93 mL/g和263.17 mL/g,且在实验期间未出现产气停滞。添加尿素处理次之,分别在累积产气215.70 mL和238.00 mL时进入61 d和20 d的产气停滞期,在196 d和143 d时发酵完全,在实验结束时,累积产气2 784.20 mL和3 454.00 mL,干物质累积产气量为174.01 mL/g和215.88 mL/g。可见,在以秸秆为原料的沼气发酵过程中,可通过添加适量的外部氮源和提高发酵温度来提高沼气产量,而且在条件允许的情况下,应尽量添加畜禽粪便等有机氮源。     

挥发性脂肪酸对厌氧干式发酵产甲烷的影响

为了提高中温干式厌氧间歇发酵效率,研究了发酵过程中间产物———挥发性脂肪酸对产甲烷的影响。实验分2批进行,第1批在牛粪发酵过程中分别添加乙酸、丙酸和丁酸,第2批发酵添加易产生挥发酸的厨余垃圾混合发酵。结果显示,添加单一挥发酸的发酵过程中,添加丙酸的产甲烷速度较慢,因为丙酸降解生成乙酸的速度较慢,减慢了甲烷的形成;混合发酵过程厨余垃圾产甲烷速度比牛粪快,发酵过程产生2个产气高峰;牛粪和厨余垃圾固体物质含量比在11∶1到5∶1范围内较好,比牛粪单独发酵产气多,产酸高但不酸败,产生的挥发酸主要是乙酸和丙酸,其中比例为7∶1混合发酵的产甲烷速率最大,为4.89 mL/(g VS·d)。实验表明,牛粪厌氧干式发酵过程添加一定量的厨余垃圾可加快挥发酸的产生并提高挥发酸产量,从而提高甲烷的产量,但是总挥发酸长时间超过10 000 mg/L,pH降到不适于产甲烷菌生长的范围时,将抑制甲烷的生成,挥发酸积累导致厌氧发酵酸败。     

耐酸厌氧消化污泥处理餐厨垃圾

采用耐酸驯化的厌氧消化污泥处理餐厨垃圾，在酸性条件下（pH=4．5），对实验装置容积负荷从1．0kgVS／（m3·d）分9次逐级增加到5．0kgVS／（m3·d）的过程进行了跟踪监测，并较深入地研究了驯化污泥代谢活性和处理效果。实验结果表明，pH4．5的耐酸厌氧消化污泥，最佳投加负荷约为4．5kgVS／（m3·d），此负荷下容积产气率，CH4含量平均值均达最大，分别为1．68m3／（m3·d），75．0％。耐酸厌氧消化装置持续增料运行46d，产甲烷菌仍能保持较高的活性，其COD去除率范围为40．4％-75．0％，仍能保持pH7．2时处理效果的65．0％-91．8％，表明在低pH、低碱度下实现稳定的产甲烷过程是可行的。     

石灰预处理和干发酵对稻草热解特性影响

深入研究生物质热解有助于热解机理的理解,利用热重分析来探讨石灰预处理和干发酵对稻草热解特性的影响。结果表明:预处理使木质素和半纤维素含量增加,而干发酵使VS、半纤维素和纤维素含量降低;预处理和干发酵改变稻草热解特性,但未改变稻草的热反应机理;热解一级动力学方程很好模拟稻草热解的主失重阶段,稻草热解活化能数值为42.3～47.8 kJ/mol,属于正常范围;预处理降低反应活化能,而干发酵增加反应活化能。这为秸秆及其干发酵残渣的气化提供了重要的设计依据。