巨大芽孢杆菌在餐厨垃圾湿热处理脱出液中生长条件优化研究

选用巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)作为实验菌种,以餐厨垃圾湿热处理脱出液为发酵培养基制作解磷液态菌肥。将巨大芽孢杆菌接种于餐厨垃圾湿热处理脱出液中进行培养并确定最佳发酵时间,考察初始p H值、接种量、培养温度、摇床转速、装液量和脱出液与水的混合比例对活菌数的影响。结果表明:巨大芽孢杆菌在餐厨垃圾湿热处理脱出液中最佳发酵时间为36 h,发酵最佳初始p H值、接种量、培养温度、摇床转速、装液量和脱出液与水的混合比例分别为7.5、2%、30℃、210 r/min、50 m L(250 m L锥形瓶)和1∶1。巨大芽孢杆菌在餐厨垃圾湿热处理脱出液中进行培养后可达到农业部规定的液态菌肥的活菌数(2×108cfu/m L)标准。     

餐厨垃圾生物好氧堆肥的影响因素研究

使用自制的餐厨垃圾处理设备对餐厨垃圾进行生物好氧堆肥,采用L(93)4正交试验法研究了环境温度、含水率和接种量对餐厨垃圾生物好氧堆肥的影响,确定了考察因子的主次顺序以及最优工艺条件,并针对3个影响因素进行了单因素验证试验。实验结果表明:当环境温度为40℃、含水率为40%,接种量为菌种(含辅料)∶餐厨垃圾=4∶3时,含菌量增长速度快,菌种活性强,降解持续的时间长;各因素对含菌量影响的大小的顺序依次为环境温度、含水率和接种量。产出物经检验满足有机肥NY 525-2011标准。     

利用餐厨垃圾湿热处理脱出液制备液态菌肥研究

以餐厨垃圾湿热处理脱出液为发酵培养基,选用圆褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)作为实验菌种制作固氮液态菌肥。测定了圆褐固氮菌的主要生理特性,将其接种于餐厨湿热处理脱出液中进行培养,确定最佳发酵时间,并分别测定发酵的最佳初始p H值、接种量、培养温度、摇床转速、装液量、脱出液与水的混合比例。结果表明:圆褐固氮菌在餐厨湿热处理脱出液中最佳发酵时间为36 h,发酵最佳初始p H值、接种量、培养温度、摇床转速、装液量、脱出液与水的混合比例依次为7.5、1%、30℃、150 r/min、50 m L(250 m L锥形瓶)、1∶1。圆褐固氮菌在餐厨垃圾湿热处理脱出液中进行培养后,可达到液态菌肥的活菌数标准。     

红霉素废液生产单细胞蛋白的发酵条件研究

采用单因素及正交方法,以微生物含量为主要检测指标,研究红霉素废液生产单细胞蛋白的工艺条件。探讨了接菌量、发酵培养基中废液含量、发酵时间、发酵pH值、氮源等因素对单细胞蛋白产量的影响。结果表明,红霉素废液发酵生产蛋白的适宜条件为:发酵培养基中废液含量20%,接菌量6%,pH=6,发酵时间72h。     

Plackett-Burman实验设计优化餐厨垃圾发酵产燃料酒精的研究

针对餐厨垃圾中营养元素含量丰富的特点,利用运动发酵单胞菌对餐厨垃圾发酵生产燃料酒精,采用Plackett-Burman实验设计分析多种酶制剂和营养物质对发酵过程的影响. 结果表明,糖化酶和蛋白酶对于酒精发酵影响显著,其他酶和营养物的添加对发酵均无显著影响,说明餐厨垃圾自身所含的丰富营养即可以满足细菌生长的需要. 进一步的单因素试验分析表明糖化酶的最佳添加量为100 U/g. 当同时添加100U/g 蛋白酶和100 U/g 糖化酶时,酒精产量达到最大值53g/L, 比单纯添加糖化酶时产量高10%,其酒精转化率为44%. 经酒精发酵后,餐厨垃圾粗蛋白增加了1.5倍且纤维素含量较低,可作为饲料使用. 利用餐厨垃圾产酒精不仅处理了污染严重的废物,同时也为酒精生产提供了廉价的原料,具有较高的环境效益和经济效益.     

湿热预处理对餐厨废弃物厌氧产氢发酵类型的影响

通过批试验分析湿热预处理前后餐厨废弃物CODs(溶解性化学需氧量)、CODt(总化学需氧量)、粗蛋白浓度、碳氮比(C/N)等指标及代谢产物的变化,研究湿热预处理对餐厨废弃物厌氧发酵类型和产氢效能的影响。采用Gompertz动力学模型分析经湿热预处理后厌氧发酵系统启动速度、累积产氢量、产氢速率的变化。结果表明,餐厨废弃物经150℃湿热预处理30 min后,可浮油脱出量高达97.5 mL/kg,CODs和C/N变化显著;VFAs(挥发性有机酸)和乙醇浓度分析表明,湿热预处理可使餐厨废弃物厌氧发酵产氢的产酸类型从丙酸型发酵转变为丁酸型发酵。在微生物的作用下,湿热预处理时间为30 min时,经90℃处理后餐厨废弃物中的丁酸等VFAs进一步降解转化为乙酸、CO2和H2,比产氢量最高为242.1 mL/g(以VSS计)。湿热预处理可以改变餐厨废弃物中碳水化合物、蛋白质和脂肪的理化性质,影响其厌氧发酵产氢产酸类型,达到改善餐厨废弃物厌氧发酵产氢效能的目的。     

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。     

高效破乳菌的培养条件优化及破乳效能研究

从大庆油田受石油污染土壤中分离到1株具有较强破乳能力的莫海威芽孢杆菌(Bacillus mojavensis),其24h破乳率>83%.通过正交试验优化了影响该破乳菌生长及破乳效能的发酵条件;考察了影响其破乳效能的环境因素.结果表明,破乳菌体生长的最佳发酵条件为培养温度25℃、摇床转速160r/min、pH9、接菌量10%、培养时间40h;全培养液破乳的最佳发酵条件为培养温度25℃、摇床转速160r/min、pH5、接菌量6%、培养时间20h;破乳的最佳环境条件为pH5~9,温度30~50℃、全培养液与模型乳状液体积比为1:5.     

餐厨垃圾油水分离工艺条件优化试验研究

为优化餐厨垃圾油水分离工艺条件,采用单因素试验考察了原液加水量、p H值、加热温度、搅拌强度和工业盐用量等条件对油水分离效果的影响,最佳参数通过L9(34)正交试验确定。结果表明:原液加水量、加热温度、pH值、搅拌时间、工业盐用量宜分别控制在40%、75～85℃、1.0～3.0、20 min和1.0%～2.0%;影响油水分离效果的因素显著性关系为p H值加水量加热温度工业盐用量;最佳油水分离条件为加水量40%、pH值3.0,工业盐用量2.0%、加热温度80℃、搅拌时间20 min,在此条件下的分离出的油量为234.93 g/L。     

混菌发酵降解茶皂素的条件优化

以茶皂素为研究对象,以茶皂素的降解率为评价指标,利用地衣芽孢杆菌与铜绿假单胞菌混合发酵降解茶皂素,分别探讨接种比例、发酵时间、发酵温度、摇床转速及接种量对其降解的影响,再通过曲面响应设计实验对发酵条件进行优化。结果表明,影响降解率显著性次序为:发酵时间发酵温度接种量摇床转速接种比例,得到最佳的优化条件为:混菌接种比例1∶2(V/V),发酵时间12.8 d,发酵温度30.68℃,摇床转速150 r/min,接种量为8.81%,在此条件下进行发酵,茶皂素的降解率达到(73.76±0.63)%。说明混菌对茶皂素的降解有着较明显的效果。     

外源添加剂对富磷餐厨废弃物堆肥磷素活化的影响

针对餐厨废弃物堆肥速效磷含量低、添加低品位磷矿粉的活化效率有限的问题,在富磷餐厨废弃物堆肥(添加磷矿粉处理,CP)基础上,分别添加表面活性剂(CSP)、解磷菌(CMSP)、生物炭(CBMSP),探究不同外源添加剂对餐厨废弃物富磷堆肥磷素转化的影响。结果表明:1)经过35 d的好氧堆肥,CSP、CMSP、CBMSP处理较CP速效磷增量分别提升2.00%、9.00%、39.00%,解磷菌与生物炭、表面活性剂共同添加显著促进难溶性磷活化效率(P<0.05),达到16.00%;2)CMSP处理堆肥产品中细菌数量较CP处理显著提升(P<0.05),增加至CP的1.85倍,生物炭添加进一步提高了餐厨废弃物堆肥产品放线菌和真菌丰度,分别达到CP的1.56,10.66倍,说明表面活性剂、生物炭与解磷菌共同添加有助于改善堆肥微生物生长环境,促进微生物生长;3)相关性分析表明,微生物量磷(MBP)与速效磷、真菌丰度均在CMSP和CBMSP中呈显著相关(P<0.01),表面活性剂、解磷菌接种和生物炭协同添加可通过强化微生物量磷累积促进难溶性磷矿粉的活化。该成果可为提升堆肥养分资源和难溶性磷利用效率提供有效途径。     

胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)在餐厨垃圾废水中生长条件优化

为了探讨餐厨垃圾废水用作发酵基质生产液态解钾菌肥的可行性,选用胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）作为试验菌种,采用正交和单因素方法对相关生长因素进行了优化.结果表明,在餐厨垃圾废水中培养胶质芽孢杆菌经过3 d的调整期后进入对数生长期,6~7 d时活菌数达到最大,Ⅰ类废水活菌数为1.55×1010 CFU/mL,Ⅱ类废水活菌数为6.60×1010 CFU/mL.以Ⅱ类废水为基质进行正交试验确定的较优培养条件为pH=7、温度30℃、摇床转速160 r/min、接种量2.0%（V/V）.废水的pH和盐分对胶质芽孢杆菌的生长代谢影响极为显著:最适初始pH为7（活菌数为3.80×1010 CFU/mL和9.20×1010 CFU/mL）;随着ρ（NaCl）的增加,活菌数先升高后快速降低,最适ρ（NaCl）为4 g/L.Ⅰ类和Ⅱ类废水的最佳接种量分别为1.5%（活菌数为1.60×1010 CFU/mL）和2.0%（活菌数为6.40×1010 CFU/mL）.研究显示,胶质芽孢杆菌在餐厨垃圾废水中经过培养后可达到GB 20287-2006《农用微生物菌剂》中液态菌肥的活菌数（2.0×108 CFU/mL）,经湿热处理后的Ⅱ类废水对胶质芽孢杆菌的生长有明显的促进作用.      

热水解对农业废弃物-厨余共发酵产气的影响

水热解预处理农业废弃物可有效改善其在厌氧发酵时易出现的纤维素类物质难以降解和产气效率低等问题,文章在研究了预处理温度对农业废弃物单独厌氧发酵产气的基础上,利用中心组合设计试验考察原料预处理温度、初始有机负荷(OLR)和原料质量比(厨余∶农业废弃物)3个因素在中温(35℃)条件下对农业废弃物和厨余垃圾共发酵时负荷产甲烷率的影响,并运用响应面法对其工艺参数进行优化。结果表明,单因素试验中预处理温度达到180℃时产气效率是未处理组的2.77倍;根据多因素试验结果建立的数学模型具有高度显著性(P0.001),通过响应曲面最优化分析得到农业废弃物与厨余共发酵的最优条件为:预处理温度为170℃,初始有机负荷为0.02 g VS/m L,厨余垃圾与废弃物的质量比为2∶1,负荷产甲烷率的预测值最大为521.05 m L/g VS,验证试验平均值为511.35 m L/g VS,二者相对偏差为1.86%,可用于实际应用中。各因素对负荷产甲烷率的影响程度依次为初始有机负荷餐厨秸秆质量比预处理温度。通过红外光谱检测和扫描电镜对预处理前后的废弃物粉末进行定性分析,结果表明,热水解预处理农业废弃物,对纤维素、半纤维素、木质素及其含有的官能团均有一定程度的破坏,是预处理后的废弃物作为共发酵底物产气效率更高的原因。     

湿热-离心法分离餐厨废油脂

为了提高餐厨垃圾中废油脂分离回收效率,采用湿热-离心法分离餐厨废油脂,通过试验探讨了加热时间、温度以及离心转速等处理参数对餐厨废油脂分离回收效率的影响;同时,将其与湿热-重力法进行比较,以确定有利于餐厨废油脂分离回收的适宜工艺条件. 结果表明:湿热-离心法较湿热-重力法更有利于餐厨废油脂的分离;随着温度升高和加热时间延长,餐厨垃圾脱油性能呈上升趋势,温度越高,趋势越明显;120 ℃下湿热处理80 min,餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出效果最佳,最佳离心转速为2 500 r/min时,餐厨垃圾废油脂分离回收率最高.      

不同湿热预处理条件对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

采用湿热水解技术处理餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度与时间下餐厨垃圾w(VS)(VS为挥发性固体)、ρ(CODs_Cr)(CODs为溶解性化学需氧量)、ρ(TOC)、ρ(TN)等指标的变化,以评价湿热预处理对餐厨垃圾厌氧产氢效能的影响. 在此基础上,结合厌氧产氢动力学分析,确定厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件. 结果表明:湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量、w(VS)具有显著影响. 餐厨垃圾湿热预处理后ρ(CODs_Cr)、ρ(TOC)、ρ(TN)变化情况与w(VS)呈负相关. 餐厨垃圾经90℃湿热预处理30min后,可浮油脱出量为37.5mL/kg,w(VS)/w(TS)为95.12%,最大比产氢量达242.1mL/g,最大产氢速率为12.46mL/h,累积产氢率达0.88mol/mol,厌氧产氢启动时间为12.85h. 说明对餐厨垃圾进行适度的湿热预处理可有效提高有机物溶解性与生物可利用效率,进而提高厌氧发酵累积产氢量与产氢速率. 综合能耗、产出等因素,湿热预处理温度90℃,处理时长30min,为餐厨垃圾厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件.      

利用餐厨废油制取生物柴油的影响因素研究

为了有效提高餐厨废油制取生物柴油(脂肪酸甲酯)的产率,降低生产成本,通过正交试验和单因素实验,系统分析醇油比、催化剂浓度、反应时间、反应温度等主要因素对利用餐厨废油制取生物柴油的影响.结果表明,醇油比、催化剂浓度、反应时间、反应温度等因素对餐厨废油制取生物柴油均具有显著影响,各因素影响显著性大小顺序为搅拌速度＞催化剂投加量＞反应时间＞醇油比＞温度;利用餐厨废油生产生物柴油的较佳工艺条件为搅拌强度为60 r·min-1,醇油质量比为0.22∶1,催化剂质量浓度1.0％,反应时间3h,反应温度60 ℃.     

湿热水解预处理对餐厨废弃物液相物质转化的影响

设计湿热水解预处理温度(80、120、150和200 ℃)、时间(40、50、60和70 min)、加水量(40%、60%、80%和100%)的三因素四水平正交试验,研究湿热水解预处理对餐厨废弃物液相可浮油脱出量、ρ(COD_Cr)、糖类、ρ(VFA)(VFA为挥发性脂肪酸)等的影响. 结果表明:餐厨废弃物经湿热水解预处理后可浮油脱出量明显提高. 在150 ℃、加水量40%、处理60 min的湿热水解条件下,可浮油脱出量(67.7 mL/kg)最高,比未经预处理的对照组提高了2.65倍;同时,ρ(还原糖)和ρ(总糖)也达到最高,分别比对照组增加了16.29%和38.92%.随着温度升高和处理时间的延长,ρ(COD_Cr)不断升高,在200 ℃、加水量40%、处理70 min的湿热水解条件下,ρ(COD_Cr)最高为109.729 g/L,比对照组提高了1.39倍. 经湿热水解预处理后,ρ(VFA)也呈显著增加,在200 ℃、加水量100%、处理40 min的湿热水解条件下,ρ(VFA)达到最高,比对照组增加了66.26%.预处理后,ρ(乙酸)、ρ(丁酸)升高,ρ(乙醇)降低. 方差、极差综合分析表明,在湿热水解过程中,温度是影响餐厨废弃物液相物质转化的主控因子,其次是加水量和时间.      

餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物多样性分析

采用PCR-DGGE等分析手段,研究了餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物种群动态变化.结果表明,餐厨垃圾不灭菌而接种的开放式发酵体系中微生物的多样性高于灭菌后接种的非开放式发酵体系,而乳酸产量也是前者高于后者.说明发酵体系中的微生物多样性与乳酸产量有很大的相关性.通过对部分条带的测序可知,餐厨垃圾开放式发酵体系中除含有接种用的嗜淀粉乳杆菌外,还含有很多土著乳酸菌,如Lactobacillus sp.、Lactobacillus casei和Lactobacillus plantarum,以及土著水解菌,如假单胞菌属(Pseudomonas sp.)等,这些土著菌的存在是促进乳酸发酵的重要因素.PCR-DGGE结合技术对于成分复杂的餐厨垃圾中的细菌种群结构的动态变化分析是可行的.     

米曲霉协同抗酸化菌剂制备餐厨垃圾氨基酸液态肥

餐厨垃圾全量资源化过程中大分子物质与易降解有机质的同步转化,是制备高品质液态肥的关键. 本文采用自主筛选的抗酸化菌剂和米曲霉协同制备富含氨基酸的液态肥,通过温度、初始pH、菌剂接种量等工艺条件优化,解析大分子物质(有机质、蛋白质、淀粉等)的降解转化特性,阐明微生物群落演替规律. 结果表明:抗酸化菌剂与米曲霉的协同作用可促进餐厨垃圾中大分子物质的有效降解转化,当温度为38 ℃、初始pH为6.5、接种量为1%时,好氧发酵6 d后产物中游离氨基酸浓度显著提高,达到4.09 g/L. 极差分析发现,对产物中游离氨基酸浓度影响的显著性由高到低依次为接种量、温度和初始pH. 微生物群落演替规律分析表明,Bacillus和Aspergillus是发酵过程中的优势微生物,与游离氨基酸浓度具有较强的相关性;Agaricales、Cladosporium、Vibrio在淀粉的降解、溶解性碳水化合物的赋存中起到重要作用. 研究显示,米曲霉协同抗酸化菌剂好氧发酵餐厨垃圾可实现易降解有机质与大分子物质的同步转化,提高产物游离氨基酸含量,为餐厨垃圾高值化利用提供技术支撑.      

餐厨垃圾暗-光耦联发酵制氢研究

文章以餐厨垃圾为底物进行暗-光耦联发酵两步法制氢研究.探讨物料比、起始pH对暗发酵产氢的影响;温度、起始pH对光合发酵产氢的影响,得到如下结论.在暗发酵阶段,以餐厨垃圾为底物,在合适条件下产氢量可达25.18 mL/gVS.在光合发酵阶段,以暗发酵液为底物,在合适条件下产氢量可达34.62 mL/gVS.以餐厨垃圾为底物,两步联合制氢可达59.80 mL/gVS,为仅暗发酵产氢量的2.37倍.