高温ASBR处理热水解污泥的梯度升温法启动试验研究

采用序批式运行方式、梯度升温方法进行了高温ASBR处理热水解污泥的启动实验.结果表明,梯度升温法能在131 d内较快地启动高温ASBR反应器.在3个梯度升温阶段中（35℃→40℃→47℃→53℃）,反应器的性能都出现了一定的波动,其中在中温→中温（35℃→40℃）、高温→高温（47℃→53℃）阶段出现的波动比较小,而在中温→高温（40℃→47℃）阶段反应器的产气量、甲烷含量、出水COD和反应器内微生物量都出现了较大的变化,反应器的性能波动较大,40℃和47℃分别为中温和高温的上限和下限.在反应器启动过程的稳态期,反应器的平均产气量为2.038 L/d,甲烷含量为72.0％,COD产气率（CH₄/COD_投入）为188.8　mL/g,TCOD和SCOD平均去除率分别为63.8％和83.3％.扫描电镜和DGGE分析结果表明,启动过程中反应器中的微生物形态和种类都发生了变化,启动初期（35℃）和稳定期（53℃）的优势菌种明显不同.     

温度分化对APBR反应器性能及产甲烷菌群落的影响

为了研究温度分化对固定床厌氧反应器(anaerobic packed bed reactor,APBR)牛粪发酵处理效果及产甲烷菌群落的影响,反应器发酵温度从室温(22℃±1℃)阶梯式分化到低温(15℃±1℃)、中温(37℃±1℃)和高温(55℃±1℃).温度变化的过程中,温度越高COD(chemical oxygen demand)去除率和日总产气量越高,分化后COD去除率分别为25%、45%、60%,相应的日产气量为2.3、4.0、8.5 L·d-1,但是甲烷含量基本保持不变(~60%);温度突然变化造成挥发性脂肪酸含量骤然增加,并处于波动状态.16S r RNA基因克隆文库法分析表明,室温时包含广古菌门中的常见重要产甲烷菌MBT(甲烷杆菌目)、Mst(甲烷鬃菌科)、Msc(甲烷八叠球菌科)和MMB(甲烷微菌目),以及嗜热菌,也有少部分泉古生菌门,发酵温度分化后,产甲烷菌多样性减少,中温条件下产甲烷菌种类相对较少.定量PCR表明Mst、MMB和Msc总基因浓度都有所减少,并且温度越高减少越多,各菌数量相对比例变化较大,但Mst仍为优势产甲烷菌.     

有机垃圾单级高固体厌氧消化启动实验研究

在中温（35 ℃）条件下,应用连续式单级高固体厌氧消化技术对有机垃圾进行了实验室规模的处理研究.在启动阶段,垃圾进料量随反应器内pH值及产气量的变化作适当调节.结果表明,在反应器进料有机垃圾的含固率（TS）达到24.79%,挥发性固体物质（VS）达到230.62 g/kg的情况下,系统的产气效率以进料VS计达到了705.77 L/kg.反应器启动30 d后,内部料液的pH值稳定在6.9～7.3之间.在稳定运行阶段,以进料VS计,高固体厌氧消化反应器的有机负荷率（OLR）达到6.98 kg/(m³·d),水力停留时间（HRT）为35 d,启动实验取得了较为理想的效果.     

德国分散式污水处理系统微生物群落结构及功能

以德国分散式污水处理系统为研究对象,通过16S rRNA测序,研究2个反应器中微生物群落结构,利用PICRUSt软件对其功能进行推演.结果表明,冬季,污水厌氧膜生物反应器（AnMBR）内温度20℃,进水COD 712mg/L时,出水可获得52%的COD平均去除率,产气率为122L/kgCOD;固体废物厌氧反应器（PSD）内温度37℃,反应器内COD 3007mg/L时,可获得374L/kgVSS的产气率.2个反应器具有相似的微生物组成,对细菌,Synerigistaceae科的相对丰度最高（AnMBR：24.0%±10.0%;PSD：11.0%±3.1%）;对古菌,Methanobacteriaceae科的相对丰度最高（AnMBR：0.6%±0.3%;PSD：13.8%±1.8%）;2个反应器的功能基因组成也相似,产甲烷都以H₂还原CO₂的通路为主.PSD反应器中H₂还原CO₂通路相关基因、F420合成相关基因、辅酶M合成相关基因的相对丰度都高于AnMBR反应器.     

ABR-MABR耦合工艺处理畜禽养殖废水的同步启动

为评价采用ABR-MABR（厌氧折流板反应器-膜曝气生物膜反应器）耦合工艺处理畜禽养殖废水的可行性,采用模拟畜禽养殖废水,通过在ABR的厌氧格室接种厌氧颗粒污泥和MABR的好氧格室接种活性污泥,逐步升高进水负荷进行反应器的同步启动,并通过PCR-DGGE技术研究了反应器中微生物群落结构.结果表明:48 d后反应器OLR（有机负荷,以COD_Cr计）达到5.0 kg/（m3·d）,此时,耦合反应器对COD_Cr、NH₄+-N的去除率分别可达89%、60%,反应器成功启动;成功启动之后反应器中厌氧颗粒污泥的浓度在14.0~35.0 g/L之间,直径由1.18~1.58 mm增至1.62~2.37 mm.ABR-MABR中的污泥主要由杆状菌和少量丝状菌、球状菌以及胞外聚合物组成;反应器中微生物群落结构丰富,厌氧格室中存在优势的具有产氢、产甲烷功能菌群或反硝化功能的菌群,曝气格室中存在硝化细菌[uncultured Nitrospira sp.、uncultured Nitrospira sp.（Nitrospirae）]与反硝化细菌（Thauera sp.）,同时也发现了与厌氧消化产甲烷相关的菌群.研究显示,采用接种厌氧颗粒污泥与逐步升高进水负荷的方式可以快速实现ABR-MABR的同步启动.      

温度和搅拌对牛粪厌氧消化系统抗生素抗性基因变化和微生物群落的影响

分别设置中温不搅拌、中温搅拌、高温不搅拌和高温搅拌这4种牛粪厌氧消化处理,探究温度和搅拌对牛粪厌氧消化抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）变化及微生物群落的影响.以厌氧消化特性为基础,分析ARGs和可移动遗传元件（mobile genetic elements,MGEs）的丰度变化和微生物群落结构,并利用网络分析和冗余分析探究影响ARGs变化的关键因素.通过双因素方差分析可知,温度对厌氧消化产气的影响（η²=0.934）强于搅拌（η²=0.911）,高温总产气量较中温提高了13.93%,且中温条件下搅拌的总产气量较未搅拌提高了12.63%.温度对ARGs去除的影响（η²=0.992）也强于搅拌（η²=0.920）.高温将ARGs和MGEs的去除量显著提升至0.09~1.53（对数值）,但搅拌对ARGs和MGEs的去除无显著影响.微生物群落受温度的影响也更为显著,门水平微生物Firmicutes成为高温条件下的绝对优势菌,相对丰度高达86%以上.属水平微生物Sedimentibacter、Sphaerochaeta和Pseudomonas等为ARGs的潜在宿主菌,直接影响ARGs的变化.理化因子影响了微生物的分布,尤其是总氨氮和总挥发酸,通过影响ARGs宿主菌间接影响ARGs的变化.整体来看,高温不搅拌的消化条件有利于气体的产生和ARGs的去除.     

蔬菜废物厌氧消化的适宜性及产气性能分析

中温35℃条件下,对蔬菜废物进行单相半连续式厌氧消化试验。通过测定产气率、甲烷含量及出料消化液的pH、ORP、碱度、VFA,研究不同有机负荷率(OLR=1.0,1.5,1.75gVS/L.d)下的蔬菜废物厌氧消化性能。研究表明,随着负荷率的增加,产气率分别提高了8.2%和1.7%,甲烷含量为51%~55%,pH稳定在7.1~7.3,碱度在5300~6200mg CaCO3之间,发酵类型为乙醇型发酵。     

不同温度影响下除铀厌氧微生物群落结构特征解析

为了考察温度对除铀微生物群落结构的影响,通过高通量测序技术分析15℃、25℃和35℃三个温度条件下除铀厌氧微生物的群落组成及丰度.经过48h对7.2mg/L铀的去除试验,温度为35℃情况下厌氧微生物除铀率（99.1%±0.3%）显著高于15℃和25℃的情况.不同温度除铀厌氧菌群中共有菌属居多（43种）.在细菌门水平上,15℃和25℃条件下的厚壁门细菌（Firmicutes）丰度最高,比例分别为61.7%与63.3%,而35℃下变形菌门（Proteobacteria）丰度最高,比例为68.0%.在细菌属水平上,15℃和25℃样品中的第一大类菌属为Trichococcus;但在35℃样品中,Klebsiella丰度最高,比例达到52%,其他优势微生物有Proteiniclasticum（11%）、Clostridium（8%）、Acinetobacter（6%）、Enterobacteriaceae（5%）、Citrobacter（4）、Sedimentibacter（4%）、Desulfovibrio（3%）等.不同温度影响下,除铀厌氧菌群物种丰度差异极其显著.冗余分析发现温度作为环境因子与35℃样本群落结构为正相关关系.而温度对Klebsiella及Trichococcus影响程度最大,但分别为促进丰度增加（正相关）及显著降低丰度（负相关）.     

梯度负荷下果蔬垃圾厌氧消化性能及微生物群落结构的研究

为优化果蔬垃圾厌氧消化工艺,提高厌氧消化性能,本文通过逐级提高CSTR反应器进料负荷,研究不同负荷下的厌氧消化性能及相应的微生物群落结构变化规律.结果表明,随着进料负荷的增高,容积产气率、甲烷产气量、氨氮、碱度、TCOD、SCOD均逐渐增高,在最高负荷(负荷以VS计)2.50g·L-·1d-1时分别达到最大值:1.22L·L-1d-1,5.10L·d-1,1563.86mg·L-1,7572.23mg·L-1,13283.26mg·L-1,2075.03mg·L-1,甲烷含量及VFA分别稳定在52.46%～54.59%和(879.30±18.69)mg·L-1;同时利用PCR-DGGE技术系统分析了厌氧消化中细菌与古细菌的群落结构,测序结果表明,整个过程中拟杆菌(Bacteroidetes)、甲烷鬃菌(Methanosaeta)及甲烷螺菌(Methanospirillum)为优势微生物,随着负荷的提高,甲烷鬃毛菌(Methanosaeta)活性逐渐降低;聚类分析及主成分分析表明,低负荷条件下(1.50g·L-·1d-1、1.75g·L-·1d-1),微生物种类(细菌、古细菌)差别不明显,且基本处于同一阶段.     

不同基质生物炭对厌氧处理餐厨垃圾效能及微生态的影响

探究了剩余污泥（SS）、餐厨垃圾（FW）、玉米芯（CC）、甘蔗渣（BG）4种不同基质生物炭对厌氧生物处理餐厨垃圾效能的影响,对厌氧污泥的关键酶活性、微生物群落分布以及代谢途径等微生态进行了分析.结果表明,厌氧反应器分别加入4种生物炭后,COD平均去除率分别提高了29.49%、23.16%、29.42%、40.32%;傅里叶红外分析表明,投加SS生物炭组出水中羟基、酰胺基以及C-O-C伸缩振动峰减弱.4个厌氧反应器中厌氧污泥的乙酸激酶活性分别为0.40,0.42,0.96,0.98 μmol/g,表明投加CC与BG生物炭促进了餐厨垃圾的厌氧水解酸化过程;厌氧污泥胞外聚合物的蛋白质/多糖之比分别为0.415、0.56、1.89、2.8,投加CC、BG生物炭提高了污泥的稳定性.4个厌氧反应器中拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门为主要菌群,投加BG生物炭促进了变形菌门与厚壁菌门的生长;对于古细菌而言,甲烷杆菌属与甲烷丝菌属为优势种群,SS组的甲烷杆菌属丰度最高（53.48%）,而BG组中甲烷丝菌属丰度最高（42.72%）.KEGG功能分析表明古菌及细菌均以碳水化合物代谢、氨基酸代谢为主;而投加BG与SS生物炭后,微生物膜运输水平得到了提高.     

鸡粪中高温厌氧甲烷发酵产气潜能与动力学特性

采用富含氮素的鸡粪为原料,包括原料鸡粪、鸡粪固相部分和鸡粪液相部分,选取以鸡粪为原料连续稳定运行超过90d的中高温厌氧反应器新鲜出料为接种污泥,在中温（35℃）和高温（55℃）条件下开展动力学和产甲烷潜能试验.采用Gompertz模型、一级动力学模型和两阶段模型对鸡粪中高温累积产甲烷量进行拟合.结果表明,鸡粪中高温甲烷发酵均呈现明显的快速产气期和慢速产气期两阶段特征,快速产气期的动力学常数K₁分别为0.4174和0.2104d^-1,快速产气分别在4.5和6.5d结束,快速产气量占到总产气量的69%和58%.原料鸡粪和液相部分的中温发酵动力学常数（K₁）分别为0.4177和0.2330d^-1,均高于高温的0.1721,0.2214d^-1,发酵产气速率较快.鸡粪固相部分中温发酵的动力学常数为0.1960d^-1,低于液相中温发酵的0.2330d^-1和固相高温的0.2310d^-1,中温条件下,水解过程是限制鸡粪甲烷发酵速率的主要因素之一.鸡粪固体和鸡粪液体高温发酵的动力学常数K分别为0.2310,0.22214d^-1,鸡粪固体发酵产甲烷的速率快于液相部分,水解过程不是限制鸡粪高温发酵产甲烷速率的最主要因素.产甲烷潜能试验表明鸡粪在中温和高温下产甲烷潜能分别为212,177mL/gTS.因此,仅从发酵效率的角度考虑,鸡粪中温发酵比高温发酵的产甲烷潜能更高,产甲烷速率更快.     

厨余和餐厨垃圾混合干式厌氧发酵及活性炭缓解酸抑制研究

分别在中温和高温条件下对厨余垃圾与餐厨垃圾混合干式厌氧发酵产甲烷特性进行研究,结果表明:55℃高温发酵累积产气量均高于35℃中温组;高温组厨余垃圾与餐厨垃圾配比为1:5时发酵累积产气量最大,最大累积产气量达到2492.5 mL,是中温组协同产甲烷的1.4倍。同时,为提高产气率,考察了不同种类活性炭对厌氧发酵的影响,采用甘蔗皮、秸秆、花生藤蔓以及发酵沼渣为原料自制了4种生物质活性炭。实验结果表明,4种活性炭均呈蜂窝煤状的炭孔,其中甘蔗皮活性炭表面炭孔相对规则、完整,微生物可附着面积大,更有利于加快产气进程。添加甘蔗皮活性炭时累积产气3410 mL,相比空白对照组增长20.1%。     

厌氧发酵系统温度的选择和热量平衡

本文分析了厌氧发酵温度的选择和厌氧系统中热量平衡的关系。并运用此关系对薯干酒糟过滤液在冬季最低温度为0℃,夏季最高温度为35℃的地区进行中温和高温厌氧发酵处理中的热量平衡关系分别进行了讨论,证明了对温度为50℃,COD浓度为23g/L的废液进行中温发酵能得到更大的经济效益,但也必须使用所产生的沼气作为能源加热或冷却废液。所需的热量和气温的关系为:Q_t=4.73×105to-3.73×106 (KJ/d)。      

UASB反应器中产甲烷菌对温度胁迫的响应

采用间歇培养方式探讨了升流式厌氧污泥床(UASB)反应器中不同营养类型产甲烷菌对温度胁迫的响应规律.研究结果表明,产甲烷螺旋菌(Methanospirillum)是该反应器的主要氢营养型产甲烷菌,而主要乙酸营养型产甲烷菌为产甲烷丝状菌(Methanosaeta).在35℃条件下,氢营养型和乙酸营养型产甲烷菌的累计甲烷产量分别为24.7,11.7mL,而最大产甲烷速率分别为0.74,0.18mL/h.当温度从35℃分别降低至30,25,20,15℃时,导致氢营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了14.2%,34.0%,47.0%,57.5%,而乙酸营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了5.1%,23.9%,45.3%,95.7%.由此可见,在20~30℃时氢营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感,而在15℃以下时乙酸营养营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感.     

氨氮浓度对鸡粪中高温甲烷发酵的影响

为探究氨氮浓度对鸡粪中高温甲烷发酵的影响，采用固定水力停留时间（HRT，20d），提高进料总固体浓度（TS，5%、7.5%和10%）的方式增加氨氮浓度，通过265d的长期甲烷发酵试验，比较了不同氨氮浓度条件下鸡粪中高温甲烷发酵效果和污泥的比产甲烷活性.结果显示，TS由5%增至10%，中高温反应器中氨氮浓度由2.1~2.5g/L增至6.1~6.5g/L，对应的比产甲烷活性分别降低了44%和100%，中温反应器中挥发性脂肪酸由0.4g/L增至7.6g/L，甲烷产率由253mL/gTS降至203mL/gTS；高温反应器中挥发性脂肪酸由0.4g/L增至26.1g/L，甲烷产率由181mL/gTS降至18mL/gTS.氨氮浓度对高温甲烷发酵系统的抑制作用更加明显.     

Effect of a high strength chemical industry wastewater on microbial community dynamics and mesophilic methane generation

A high strength chemical industry wastewater was assessed for its impact on anaerobic microbial com- munity dynamics and consequently mesophilic methane generation. Cumulative methane production was 251 mL/g total chemical oxygen demand removed at standard temperature and pressure at the end of 30 days experimental period with a highest recorded methane percentage of 80.6% of total biogas volume. Volatile fatty acids （VFAs） analysis revealed that acetic acid was the major intermediate VFAs produced with propionic acid accumulating over the experimental period. Quantitative analysis of microbial communities in the test and control groups with quantitative real time polymerase chain reaction highlighted that in the test group, Eubacteria （96.3%） was dominant in comparison with methanogens （3.7%）. The latter were dominated by Methanomicrobiales and Methanobacteriales while in test groups increased over the experimental period, reaching a maximum on day 30. Denaturing gradient gel electrophoresis profile was performed, targeting the 16S rRNA gene of Eubacteria and Archaea, with the DNA samples extracted at 3 different time points from the test groups. A phylogenetic tree was constructed for the sequences using the neighborhood joining method. The analysis revealed that the presence of organisms resembling Syntrophomonadaceae could have contributed to increased production of acetic and propionic acid intermediates while decrease of organisms resembling Pelotomaculum sp. could have most likely contributed to accumulation of propionic acid. This study suggested that the degradation of organic components within the high strength industrial wastewater is closely linked with the activity of certain niche microbial communities within eubacteria and methanogens.     

Preliminary study of acrylamide monomer decomposition during methane fermentation of dairy waste sludge

Polyacrylamide(PAM) used in sludge dewatering exists widely in high-solid anaerobic digestion. Acrylamide is registered in the list of chemicals demonstrating toxic, carcinogenic and mutagenic properties. Therefore, it is reasonable to ask about the mobility of such residual substances in the environment. The study was carried out to assess the impact of the mesophilic(39 ± 1°C) and thermophilic(54 ± 1°C) fermentation process on the level of acrylamide monomer(AMD) content in the dairy sludge. The material was analysed using high-performance liquid chromatography(HPLC) for quantification of AMD. The results indicate that the process of methane fermentation continues regardless of the temperature effects on the degradation of AMD in dairy sludge. The degree of reduction of acrylamide monomer for thermophilic fermentation is 100%, while for mesophilic fermentation it is91%. In practice, this means that biogas technology eliminates the risk of AMD migration to plant tissue. Moreover, it should be stressed that 90% of cumulative biogas and methane production was reached one week earlier under thermophilic conditions — the dynamics of the methanisation process were over 20% faster.     

餐厨垃圾中温与中高温过渡区厌氧产沼效率研究

以餐厨垃圾为研究对象,采用连续动态发酵试验,探究中温和中高温过渡区下餐厨垃圾连续厌氧发酵产沼及其微生物分布情况。结果表明:餐厨垃圾连续发酵试验中,在同等有机负荷下,中高温过渡区温度(44℃)下餐厨垃圾产沼量、甲烷浓度及发酵液关键参数等均明显优于中温(38℃)发酵温度下的发酵系统,其产沼率更高、发酵参数更为稳定。高通量微生物测序发现,44℃和38℃发酵体系中,细菌的群落结构及丰富度差异显著,而古细菌的群落结构及丰富度则差异不显著,表明餐厨垃圾在44℃发酵温度下的发酵性能优于38℃的主要原因在于其更加丰富的发酵型细菌的存在促进了发酵过程水解、产酸阶段的进一步进行,从而利于甲烷微生物的消化利用。     

厌氧系统中酵母浸出物提高Co、Fe生物有效性的研究

采用半连续实验,研究中、低温条件下酵母浸出物对厌氧系统中Co、Fe溶解性能和生物有效性的改善作用.结果表明,酵母浸出物对提高纯水中和投加不同有机基质的水中溶解态Co、Fe浓度有明显效果,能显著提高低温下厌氧系统中Co、Fe的生物有效性.在15℃和35℃下,投加酵母浸出物后,水中溶解态Co、Fe浓度均有上升,其中Fe浓度升高明显.啤酒废水等含有酵母浸出物的废水对这种提升作用也有帮助.在15℃厌氧系统中移除酵母浸出物、Co、Fe之后,COD去除率由91.6%下降到58%;重新投加Co、Fe后效果有所回升,其中同时添加酵母浸出物的系统,其COD去除率回升明显,升幅达31.6%,产甲烷速率也呈上升趋势,证实了同时投加酵母浸出物和Co、Fe可有效促进低温下厌氧生物系统的处理效能.     

低温热解油厌氧消化产甲烷条件研究

对低温热解油的厌氧消化条件进行研究,包括新鲜接种污泥的驯化,热解油厌氧消化条件的影响因素和生物质热解参数对最终厌氧消化的影响.通过控制不同热解参数及厌氧发酵参数的方法对耦合过程进行研究.结果表明,新鲜接种污泥经过驯化可以显著提升其对热解油中抑制物的耐受性,进而大幅提升热解油厌氧消化的甲烷产量.中温的培养条件更适合浓度为4%的热解油厌氧消化甲烷化,而高温的培养条件更适合浓度为10%的高浓度热解油.此外,0.85mm生物质粒径、300℃热解温度在下游的消化阶段有更高的甲烷产量.