Fe和Fe2+对混合细菌产氢发酵的影响

在研究Fe粉剂量和Fe²⁺浓度对混合细菌产氢发酵的影响基础上,确定Fe和Fe²⁺促进混合细菌产氢能力的最佳阈值,并对乙醇型发酵菌群在不同Fe粉和Fe²⁺浓度下的产氢量和最大比产氢速率进行考察和对比.结果表明,Fe粉和Fe²⁺对乙醇型发酵菌群的产氢能力均有明显的促进作用.以葡萄糖为底物,投加Fe²⁺试验中,Fe²⁺浓度200mg/L获得最大产氢量143.7mL/g,较对照组提高32%;Fe²⁺浓度50mg/L获得单位VSS最大比产氢速率21.2 mL/(h·g),较对照组提高33%.投加单质Fe试验中,Fe粉剂量1000mg/L获得最大产氢量156.1mL/g,较对照组提高44%;Fe粉剂量500mg/L获得单位VSS最大比产氢速率23.5mL/(h·g),较对照组分别提高47%.单质Fe浓度高于50mg/L时,对发酵菌群产氢的促进作用要优于同浓度下的Fe²⁺.同时对混合细菌中铁的全量和形态分布进行了考察.     

久效磷降解菌的分离及其酶促降解特性研究

从某农药厂废水处理池的污泥中分离到1株久效磷高效降解菌株M-1,经过对其形态特征、生理生化、以及16S rDNA序列分析,该菌株初步鉴定为Paracoccus sp..M-1能以久效磷作为唯一碳源生长,24 h对100 mg·L^-1久效磷的降解效率为92.47%.久效磷降解酶定域表达试验表明该酶为胞内酶,组成表达.久效磷酶促降解的最适反应pH为8.0,最适反应温度为25 ℃;其米氏常数（K_m）为0.29 μmol·mL^-1,最大降解速率(V_max)为682.12 μmol·(min·mg)^-1.久效磷降解酶热稳定性差,碱性条件下能够保持较高降解活性.     

玉米秸秆发酵浸出液模拟废水发酵产氢的放大实验研究

在20 L的半连续流发酵罐中,以牛粪堆肥为产氢菌源,按照玉米秸秆发酵浸出液的主要成分配制模拟废水,考察和分析了几个关键环境因素对发酵产氢的影响.结果表明,HRT、C/N、Fe²⁺浓度和模拟废水浓度对发酵产氢均有不同程度的影响.在本实验条件下,秸秆模拟废水的氢产量、氢浓度和产氢速率分别为11.80 mol/kg、56%和8.81 L/(L·d),底物转化率大于90%,废水中COD去除率为39.40%.在整个发酵产氢过程,液相主要发酵副产物为丁酸、乙酸和丙酸以及少量的乙醇和丁醇.     

Fe2+浓度对生物产氢动力学的影响

研究了Fe²⁺在0～1 500 mg/L 范围内对混合细菌发酵产氢动力学的影响.结果表明,以葡萄糖为底物,在35℃ 和初始pH为7.0时,当Fe²⁺浓度为0～300 mg/L 时,混合细菌发酵葡萄糖的最大累积产氢量和平均产氢速率都随着Fe²⁺浓度的增加而增加;当Fe²⁺浓度为300 mg/L 时,最大累积产氢量和平均产氢速率最高,分别为302.3 mL和30.0 mL/h .当Fe²⁺浓度为0～350 mg/L 时,比产氢率随着Fe²⁺浓度的增加而增加,当Fe²⁺浓度为350 mg/L 时,最大比产氢率为311.2 mL/g .修正的Logistic模型能很好地描述累积产氢量随时间的变化规律.修正的Han-Levenspiel模型能很好地描述Fe²⁺浓度对平均产氢速率的影响.     

CSTR系统发酵产氢细菌群落动态与产氢能力关系解析

将CSTR系统内pH由4.2一次性提高至6.0左右,启动发酵类型的转化,研究了转化过程系统内的产氢动态和细菌群落.结果表明,在有机负荷维持在（33±1）kg/(m³·d)的情况下,发酵类型10 d内未发生改变,产氢量8 d内未降低,15 d后系统内种群由乙醇型转化为丁酸型,进水碱度由250 mg/L增至2 450　mg/L.研究中利用荧光原位杂交技术（FISH）对反应系统内3类微生物群进行监测发现,在转化过程中Clostridium cluster XI数量增加,Clostridium cluster Ⅰ 和Ⅱ数量减少,而Enterobacteriaceae始终存在,变化不明显.种群的消长同反应系统产氢能力的高低存在密切关联,以Clostridium cluster Ⅰ和Ⅱ占优势的乙醇型发酵具有更佳的产氢能力,平均比产氢速率为23.6 mol/(kg·d).     

苯并噻吩与二苯并噻吩脱硫酶功能相关性研究

苯并噻吩（BT）专一性降解菌株Gordonia sp. C-6的脱硫途径类似于二苯并噻吩（DBT）的“4S”脱硫途径,能以BT为唯一硫源生长,但不能以DBT为唯一硫源生长.目前,还没有BT专一性脱硫基因的相关报道.本研究将Rhodocossus erythropolis DS-3中DBT脱硫途径的相关基因dszA、dszB、dszC和dszABC分别转入Gordonia sp. C-6中构建工程菌株Gordonia sp. CRA、Gordonia sp. CRB、Gordonia sp. CRC和Gordonia sp. CRABC;其DBT相关脱硫酶活性(以DCW计)分别为76.8 μmol·(g·h)^-1、 51.6 μmol·(g·h)^-1和62.4 μmol·(g·h)^-1,比原始菌株Rhodocossus erythropolis DS-3的35.2 μmol·(g·h)^-1、 21.3 μmol·(g·h)^-1和25.5 μmol·(g·h)^-1提高了1.5倍左右.其中Gordonia sp. CRA和Gordonia sp. CRB在以DBT为唯一硫源的培养基中几乎不生长,无法降解DBT;而Gordonia sp. CRC同表达完整DBT脱硫酶的Gordonia sp. CRABC一样,在以DBT为唯一硫源的培养基中生长良好,亦能降解大部分DBT（84％）.这表明催化BT和DBT前两步脱硫反应的BT单加氧酶和DBT单加氧酶是负责底物识别的关键酶,催化BT和DBT后两步脱硫反应的酶功能相似,通过比较这2种单加氧酶的氨基酸序列差异,即可预测其作用的活性位点.     

太湖沉积物中解磷细菌分布及其与碱性磷酸酶活性的关系

分析了太湖沉积物中解磷细菌的丰度, 测定了不同季节、不同采样点、不同取样深度沉积物中碱性磷酸酶的活性, 探讨了解磷细菌分布与碱性磷酸酶活性的关系.结果表明,解磷菌在表层沉积物中普遍存在, 随着深度的增加, 数量逐渐减少.解磷菌的种类秋季最多,冬季最少, 但解磷能力较强的菌大部分出现在夏季.碱性磷酸酶活性范围为0.001～0.006 mmol·(g·min)^-1, 酶活性呈现较为明显的季节变动, 不同采样点间酶活性差异较大, 随深度的增加, 碱性磷酸酶活性逐渐降低.各采样点碱性磷酸酶在0～12　cm活性较高且变化较大, 12　cm以下深度酶活性较低, 基本稳定在0.001 mmol·(g·min)^-1左右.沉积物中碱性磷酸酶活性与解磷菌数量有一定相关性, 相关系数为0.50～0.85.     

甲烷生物燃料电池的产电影响因素及机制研究

考察了阳极电极材料、电极面积、电极电位、pH、阴极电子受体对甲烷生物燃料电池（MFC）产电性能的影响,并通过高通量测序、循环伏安法（CV）分析了其可能的电催化机制.结果表明,透气布/碳布（GTC）复合材料为阳极时产电性能（1251.3 mA·m^-2）最佳,分别是石墨烯/中空纤维膜（G-HFM）阳极（34.8 mA·m^-2）和碳布（CC）阳极（3.21 mA·m^-2）的36倍和390倍;阳极面积越大,MFC启动时间越快,电流密度越大;当电极恒电位为0.1 V （vs.SHE）时,其产电能力较-0.1、+0.3及+0.5 V时高;pH=7最有利于产电;溶解氧为MFC阴极电子受体时,最大功2率密度（703.9 mW·m^-2）优于铁氰化钾（457.2 mW·m^-2）、空气阴极（124.2 mW·m^-2）和高锰酸钾（20.7 mW·m^-2）作为电子受体的MFC.阳极室微生物群落结构分析显示,电活性细菌Geobacter（17.14%）和Desulfovibrio（8.51%）为优势种,其产电机理可能是甲烷氧化菌（Methanobacterium、Methylomicrobium等）与电活性细菌协同氧化甲烷驱动MFC产电.添加NO气体、N-乙酰蛋氨酸和蛋白酶K均可明显抑制阳极生物膜的电化学活性,表明其胞外电子传递过程依赖细胞色素c、Ni-Fe氢酶及与电极接触的外膜蛋白的介导作用.     

发酵生物制氢反应器的产氢菌生物强化作用研究

将发酵产氢菌Ethanoligenens sp. B49投加到连续流搅拌槽式反应器（CSTR）的活性污泥中,以糖蜜废水为底物,进行强化活性污泥产氢效能的研究.对生物强化前和生物强化后反应系统的产氢能力、发酵产物组成和pH值进行了对比分析.结果表明,在COD容积负荷为12 kg/(m³·d)条件下,投加产氢菌可显著提高反应系统的产氢能力并改善发酵产物组成.反应系统的比产氢速率从强化前的3.6 mmol/(kg·d)提高到强化后的5.7 mmol/(kg·d),是生物强化前的1.5倍.生物强化前,反应系统液相发酵产物乙醇、乙酸和丙酸的平均浓度分别为6.8、 5.3和4.8　mmol/L,生物强化后乙醇、乙酸和丙酸的平均浓度分别为10.5、 7.5和1.7 mmol/L,其中乙醇型发酵目的产物乙醇和乙酸在总发酵产物中的比例从生物强化前的72.0%提高为强化后的86.8%.生物强化作用使出水pH值从4.5～4.7下降为4.3.产氢菌的生物强化作用有助于反应器在低负荷运行期迅速形成产氢能力较高的乙醇型发酵.     

新型后置反硝化工艺处理低C/N(C/P)比污水脱氮除磷性能研究

从内碳源有效利用角度出发,开发了新型连续流后置反硝化AOA工艺,将厌氧段混合液按一定比例分流至缺氧段,从而强化缺氧段反硝化除磷作用.进水NH₄⁺-N和PO₄^3--P浓度保持在(38.31±2.03) mg·L^-1和(5.74±0.13) mg·L^-1,在不同运行阶段进水COD分别控制在300 mg·L^-1和250 mg·L^-1,考察了AOA工艺处理低C/N(C/P)比污水过程影响因素.当进水C/N比和C/P比分别为7.41±0.26和52.36±1.25时,通过将SRT由10 d延长到16 d,系统TN和PO₄^3--P去除率分别稳定在65.86%±2.06%和90.00%±3.97%;当进水C/N比、C/P比降至6.14±0.32和43.40±1.37时,在SRT为16 d条件下,将A/O/A体积比由1/3/1调整为1/2/2,TN和PO₄^3--P去除率分别升至69.76%±3.36%和98.73%±1.82%.结果表明,采用控制SRT、调整好氧/缺氧HRT等策略,可保证处理低C/N(C/P)比污水AOA工艺高效稳定运行.     

污泥厌氧发酵产酸关键影响因素的函数模型研究

本研究以城市剩余污泥预处理液作为底物,调节底物不同C/N比,测定了厌氧发酵过程中几种关键酶的酶活及发酵产物乙酸、丙酸及丁酸的浓度.同时,利用Matlab软件通过回归分析和函数拟合构建了C/N比-关键酶活-酸产量之间的多项式函数模型,发现所建立的二元三次多项式模型的拟合优度R2均大于0.9,且残差平方和较小,因此,判定二元三次多项式更适合描述C/N比-关键酶活-酸产量的数学关系.最后,建立了关键酶活、C/N比和产酸量三因素间的曲面模型,发现该模型能够很好地描述污泥厌氧发酵中C/N比条件对关键酶和产酸类型的影响,并能进一步预测C/N比所对应的酶活和产酸发酵类型,可为今后的实验研究及工程放大提供理论参考.     

多因素共同作用对中温条件下污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H2的影响

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂既可减少环境污染,又可制备清洁能源,是一种理想的有机固废处理处置技术。通过4因素5水平正交设计的批式实验及产氢动力学,探究餐厨垃圾C/N、混合体系C/N、含水率、初始pH值4个主要因素共同作用对中温条件下污泥餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂的影响。极差与方差分析结果表明：4个主要因素对联合厌氧发酵产H₂结果影响较明显,而餐厨垃圾C/N和混合体系C/N的交互作用对产H₂结果的影响不显著。不考虑交互作用,以比氢气产量为产H₂效能主要表征指标,最终确定餐厨垃圾C/N为20,联合发酵体系C/N为10,初始pH值为7,含水率为90%时,产H₂效能最佳,此时的累积产氢量为1499.6 mL,比氢气产量为140.96 mL H₂/g DS,最大产氢速率为21.73 mL H₂/h,最大H₂浓度为55.79%。     

Effects of nitrate concentration on biological hydrogen production by mixed cultures

The effects of nitrate on fermentative hydrogen production and soluble metabolites from mixed cultures were investigated by varying nitrate concentrations from 0 to 10 g N/L at 35°C with an initial pH of 7.0. The results showed that the substrate degradation rate, hydrogen production potential, hydrogen yield, and average hydrogen production rate initially increased with increasing nitrate concentrations from 0 to 0.1 g N/L, while they decreased with increasing nitrate concentrations from 0.1 to 10 g N/L. The maximum hydrogen production potential of 305.0 mL, maximum hydrogen yield of 313.1 mL/g glucose, and maximum average hydrogen production rate of 13.3 mL/h were obtained at a nitrate concentration of 0.1 g N/L. The soluble metabolites produced by the mixed cultures contained only ethanol and acetic acid (HAc) without propionic acid (HPr) and butyric acid (HBu). This study used the Modified Logistic model to describe the progress of cumulative hydrogen production in batch tests. A concise model was proposed to describe the effects of nitrate concentration on average hydrogen production rate.     

C/N比对厌氧颗粒污泥生理生化的影响

研究了进水的初始C/N对厌氧颗粒污泥发酵类型及产甲烷活性的影响.投加钼酸钠抑制产甲烷菌的一组实验主要研究产酸阶段C/N比对厌氧颗粒污泥的作用,发现初始C/N为12、56、156时,形成的是丁酸型发酵;当初始C/N为200时,可实现乙醇型发酵.不同的C/N比对产酸阶段微生物的胞外聚合物也有一定的影响.随着C/N比的减少,胞外聚合物的总量、胞外多糖以及胞外蛋白质都呈现先增大后减少的趋势,C/N比为56时达到最大值.未加钼酸钠的一组实验研究了C/N比对产甲烷活性的影响,发现C/N比为200时有最高的COD去除率和产甲烷活性;随着C/N比的减小胞外聚合物的总量先减少后增加,厌氧颗粒污泥胞外聚合物在C/N比为200时总量达到最大值.在C/N比为156时胞外蛋白质达到最大值.通过红外光谱发现,C/N比对厌氧颗粒污泥表面基团也有一定的影响,C/N比为200时,出现1350~1260cm-1波段的峰.其他3种C/N比下无该波段的峰.     

海洋卡盾藻日本株过氧化氢产生的影响因素

对海洋卡盾藻日本株(Chattonella marina Japan,CMJP)在不同盐度、营养盐条件及不同生长期的过氧化氢产生特点进行了研究.结果表明:H2O2浓度峰值出现在CMJP对数生长期(4~8d),以第6d达到最大,为0.97×10-4nmol/cell.在N:P为8:1和16:1的情况下,CMJP生长较快,藻细胞在对数生长末期之前一直保持较高密度.CMJP产生的H2O2量与藻类生长呈现出一定的相反趋势,在藻细胞适宜生长的N:P下,产生的H2O2浓度较小.在N:P为16:1时单个藻细胞的H2O2量最低(0.40×10-4nmol/cell),仅是N:P为32:1时(1.17 ×10-4nmol/cell)的1/3,N:P为8:1时,单个藻细胞的H2O2浓度为0.63 ×10-4nmol/cell. CMJP在盐度为20,25psu时生长较好且藻细胞达到较高密度,在盐度为10,15,30psu时藻密度较低,表明低盐和高盐条件均不利于CMJP的生长.盐度对CMJP过氧化氢的产量有一定的影响,在高盐度下单个藻细胞的H2O2产量增加,盐度为30psu时,H202浓度最高(1.1×10-4nmol/cell).     

玉米秸秆发酵浸出液模拟废水发酵产氢的放大实验研究

在20L的半连续流发酵罐中,以牛粪堆肥为产氢菌源,按照玉米秸秆发酵浸出液的主要成份配制模拟废水,考察和分析了几个关键环境因素对发酵产氢的影响。结果表明,HRT、C/N、Fe2+浓度和模拟废水浓度对发酵产氢均有不同程度的影响。在本实验条件下,秸秆模拟废水的氢产量、氢浓度和产氢速率分别为11.80mol/kg、56%和8.81L/(L?d),底物转化率大于90%,废水中COD去除率为39.40%。在整个发酵产氢过程,液相主要发酵副产物为丁酸、乙酸和丙酸以及少量的乙醇和丁醇。     

荧光原位杂交技术解析发酵产氢细菌群落结构

应用荧光原位杂交(FISH)技术,研究了连续流搅拌槽式(CSTR)发酵制氢反应器中2种产氢发酵类型的菌群组成和发酵类型转化过程中的菌群种类和数量变化及其对产氢速率、生物量和发酵产物的影响.结果表明,梭菌属和肠杆菌科在决定产氢发酵类型方面有重要作用.以梭菌为优势种群的乙醇型发酵比以肠杆菌为优势种群的丁酸型发酵具有更佳的产氢能力.实验结果能够与生物发酵系统常规监测指标形成很好的印证.     

甘油投加对餐厨垃圾厌氧产酸性能的影响

餐厨垃圾厌氧发酵产生的挥发性脂肪酸（VFAs）可以作为合成聚羟基脂肪酸酯（PHA）的底物,PHA的性能与VFAs的组成密切相关.为改善PHA产品的性能,本文研究了甘油投加对餐厨垃圾产酸性能的影响.在餐厨垃圾厌氧消化半连续流反应器运行稳定的基础上,探讨了不同C/N对厌氧发酵有机物转化及VFAs产量和组成的影响.结果表明,投加甘油会降低发酵体系的pH,提高VFAs的产量,相比于对照组,C/N比为25/1时,VFAs产量提高了10.3%.C/N10.69/1（对照组）、15/1、20/1和25/1时,发酵液奇数碳VFAs所占总VFAs的比例分别为54.23%、61.16%、64.78%和66.79%.甘油的投加可以提升丙酸、戊酸等奇数碳VFAs所占比例,有利于改善PHA产品性能.     

膜-生物反应器污泥缺氧反硝化过程中SMP的形成

在不同C/N比下,研究了膜-生物反应器在缺氧状态下溶解性微生物产物(SMP)的形成规律.结果表明,不同C/N比的反硝化过程,随着底物的降解,SMP都呈现不同程度的累积,且高C/N比下的合成量(9~10mgCOD/gVSS)高于低C/N比下的合成量(3~4mgCOD/gVSS).从SMP的组分来看,不同C/N比下糖类的代谢规律相似,蛋白质则随着C/N比的升高其含量占SMP总量的比例增加,成为膜污染潜在的主要贡献者.随着反硝化过程的进行,体系中亚硝酸盐的累积对SMP的形成没有影响.