pH值调控对秸秆两阶段厌氧发酵产沼气的影响

两阶段厌氧发酵产沼气是秸秆沼气化利用的重要方式之一。秸秆厌氧发酵过程包括水解产酸和产甲烷两个阶段,水解产酸是秸秆沼气化的限速步骤,也是目前的研究重点。pH值是影响物料水解产酸的重要因素,目前的研究多集中于酸性环境对物料水解产酸的影响,碱性环境对物料水解产酸的影响还未见研究报道。在实验室条件下,每天调节水解产酸反应器发酵液pH值至8.0(T1)、9.5(T2)和11.0(T3),CK在实验过程中不调节水解产酸反应器发酵液pH值,水解产酸反应器排出的水解酸化液直接用蠕动泵泵入产甲烷反应器内产甲烷,分析了发酵过程中水解产酸反应器日产气量、甲烷含量、水解酸化液pH值、COD浓度以及产甲烷反应器产气特性的变化。结果表明:在不调节水解产酸反应器水解酸化液pH值条件下,秸秆两阶段厌氧发酵可以正常进行,秸秆干物质(TS)产气量为281.28mL·g-1,平均甲烷含量为47.36%;T1水解产酸反应器内水解酸化液pH值稳定在7左右,系统累积产气量、总产甲烷量和平均甲烷含量分别较CK大幅增加了24.51%、29.39%和2.5个百分点;T2和T3水解产酸反应器产气明显受到抑制,水解酸化液后续产甲烷亦受到明显抑制,产甲烷反应器累积产气量分别仅为CK的89.97%和17.48%,总产气量仅为T1的67.67%和10.20%;维持水解产酸反应器至碱性条件促进了秸秆中半纤维素的溶出和木质素的破坏,但不利于纤维素的溶出,TS损失率的结果与产气的结果一致。综合以上结果,调节水解产酸反应器水解酸化液pH值至8.0对提高秸秆两阶段厌氧发酵产沼气有明显的促进作用。     

产氢细菌FSC-15对稻草秸秆厌氧发酵产甲烷的影响

产氢细菌是厌氧发酵过程中重要的功能微生物.将分离自纤维素降解产甲烷复合菌系FSC的产氢细菌FSC-15回补至复合菌系,通过监测氢气产量、甲烷产量、脂肪酸浓度及秸秆降解效率,探究产氢细菌对水稻秸秆水解产甲烷代谢及微生物群落结构的影响.结果显示:添加菌株FSC-15使FSC中纤维素、半纤维素和木质素降解率分别提高了17.33%、28.61%和47.21%,对复合菌系FSC中秸秆降解效率有一定促进作用.培养第3天,氢气产量相比复合菌系FSC提高了41.18%,为产甲烷菌提供更充足的底物,使甲烷产量提高1倍.高通量测序结果显示,Ruminococcaceae和Methanobacteriaceae分别是水稻秸秆厌氧发酵产甲烷体系中水解纤维素和产甲烷的主要类群,Methanobacteriaceae是厌氧发酵体系挥发酸含量较高时产甲烷的主要物种,补加产氢细菌FSC-15对厌氧降解纤维素产甲烷菌系中的细菌群落结构无明显影响,但可以改变古菌的物种多样性及丰度.本研究证明向水稻秸秆厌氧发酵体系补加功能微生物能有效提高体系甲烷产量,可为调控水稻秸秆厌氧消化技术提供理论支撑.     

中温干式发酵对互花米草产气和结构特性的影响

利用渗滤床中温、干式发酵互花米草,考察其技术可行性和产气特性;通过元素分析、XRD和FT-IR分析,考察干式发酵及石灰堆沤预处理后互花米草物化性质的变化.研究结果表明,中温、干式发酵互花米草在技术上是可行的,60d单位累积产气最为178.4 mL·g-1VS(0℃,1.01×105Pa),总TS与VS去除率分别为59....     

光照对互花米草厌氧消化过程的影响

在中温(35℃)条件下,应用批式单相厌氧消化技术,考察了光照对互花米草厌氧消化过程的影响.结果表明,光照对互花米草厌氧发酵有一定的促进作用,产气量提高了10.87%.这种促进作用主要发生在发酵前期,对pH值、丙酸的影响不大,可延长有机酸高峰持续时间,提高系统中某些喜光微生物的活性,促进微生物对纤维素结晶区的破坏以及互花米草中木质素碎片的溶出.     

产甲烷古菌与电子传递体相互作用机制研究进展

厌氧消化是实现有机废弃物资源化最有效的技术之一，实现形式是产生生物沼气.作为一种清洁能源，生物沼气可以有效减少化石燃料的使用，进而减少温室气体的排放.产甲烷古菌位于厌氧发酵链末端，是生物沼气主要成分甲烷的直接生产者.在厌氧消化系统中，产甲烷古菌与发酵链前端微生物以及各种天然和人工电子传递体存在着活跃的电子互营过程，对于维持厌氧消化系统的稳定性和改善生物沼气的生成效率具有重要作用.本文综述近年来报道的在强化厌氧消化过程中常用的铁基与碳基电子传递体与产甲烷古菌的相互作用机制，着重介绍两类电子传递体通过自身氧化还原反应或物理性质与产甲烷古菌细胞膜上的氢酶和细胞色素c进行电子互营的微观作用机理，分析两类电子传递体通过参与胞外电子传递过程与产甲烷古菌能量代谢可能存在的耦合机制，其中乙酸型产甲烷古菌基于电子歧化传递在进行胞外三价铁呼吸过程中存储能量，从而增强产甲烷代谢，改变了目前对甲烷生成的生化和生态学理解，极大推进了产甲烷古菌与胞外电子传递体相互作用的研究.产甲烷古菌胞外电子传递路径的不清晰和其细胞膜上蛋白功能的不确定是制约产甲烷古菌与电子传递体相互作用机制研究的重要因素.因此提出利用快速发展的...     

尿素氨化预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响

水稻秸秆作为一种重要的生物质资源,将其用于厌氧发酵产沼气是中国大力倡导的生物质固废处理方式之一,但稻秆复杂的木质纤维结构使其不易被厌氧生物菌消化利用,导致厌氧发酵效率低下。为了提高稻秆厌氧发酵效率,本研究使用不同质量分数(3%、4.5%、6%)尿素对稻秆进行氨化预处理,并采用环境扫描电镜(SEM)及视频光学接触角测量仪分别对预处理前后的稻秆形态结构及亲水性进行观察测定,以探明尿素预处理对稻秆产气效率影响的内在原因,考察不同质量分数尿素氨化预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响。SEM结果显示,预处理能够破坏稻秆的致密结构,增大微生物作用面积。接触角测定图像表明,尿素氨化预处理破坏了稻秆表面的蜡质层,表面由疏水性变为亲水性,使其更易被微生物利用,说明稻秆中木质素-纤维素结构的变化是影响其产气效率的内在原因,通过对各实验组进行对比,发现4.5%尿素氨化预处理产气效果最佳,累积产气量达到17 053 mL,比对照组提高了50.67%,并相对缩短了产气周期。     

玉米秆与猪粪混合发酵产沼气及其古菌解析

为了解混合发酵系统不同发酵时间的古菌组成,采用批式全混发酵工艺进行预处理后的玉米秆和猪粪混合中温发酵产沼气研究,在不同发酵时间取样,利用454焦磷酸测序法测定各样品中古菌的组成.结果表明,该混合发酵启动迅速,第4天(d 4)达到产气高峰,料容产气率为1.46 L L-1 d-1,46 d原料产沼气率、产甲烷率分别为356.55 mL/g(VS)和208.0 mL/g(VS).454焦磷酸测序及分析表明,混合发酵系统中古菌都归属于广古菌门(Euryarchaeota,97.83%-100%)和泉古菌门(Crenarchae ota,0-2.17%);随着发酵时间的延长,甲烷杆菌纲(Methanobacteria)古菌含量由69.84%迅速下降到0.14%,杂色泉古菌(Miscellaneous Crenarchaeotic Group,MCG)和热原体纲(Thermoplasmata)古菌含量则分别由0%、1.05%逐渐上升到2.17%、20.68%,甲烷微菌纲(Methanomicrobia)古菌则从29.84%迅速上升到96.14%后保持高位.研究说明玉米秆和猪粪混合发酵可迅速启动,系统古菌多样性随发酵时间延长而逐渐上升.     

互花米草不同部位厌氧发酵特性

在中温条件下(35±1)℃,对互花米草茎、叶和整株分别进行批式中温厌氧消化实验,分析发酵过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH值、VFA、TS、VS及固形物的元素变化.结果表明:在TS负荷为6%的条件下,互花米草茎、叶、整株厌氧发酵均具有很好的产气特性.产气率为:叶(399ml.g-1TS)整珠(374m.lg-1TS)茎(366ml.g-1TS),甲烷含量为:茎(69.11%)整珠(68.87%)叶(66.21%).pH值、VFA、TS、VS及固形物的元素的变化特征差异不大.叶中可能含有更多被微生物利用的物质,成分的差异是造成这种结果的重要原因.     

麦秸与奶牛场废水高固体混合厌氧发酵产甲烷研究

在实验室条件下,以麦秸和奶牛场废水为原料,设计麦秸与奶牛场废水质量比1∶4(T1)、1∶3(T2)和1∶2(T3)以及对照(麦秸与水质量比1∶4(T4))4个处理,研究发酵过程中日产气量、甲烷含量、发酵前后麦秸理化特性和结构的变化.结果表明,奶牛场废水与麦秸在中温、高固体条件下,厌氧发酵可以正常进行,且产气期延长2周以上,对甲烷含量的影响不大;厌氧发酵初始TS浓度对系统产气的影响较大,麦秸产气量随TS浓度的增加而降低,以T1的产气效果最好,麦秸TS产气量为0.41 L.g-1,较T4提高了17.14%,平均甲烷含量为48.78%;厌氧发酵后,麦秸半纤维素含量大幅降低,纤维素含量少许降低,降低幅度均为T1>T2>T4>T3,木质素含量稍有增加,各处理间无显著差异(P>0.05);FTIR和XRD的结果表明,厌氧发酵后,麦秸纤维素结晶区的相对含量增加,混合发酵可以促进厌氧微生物对麦秸纤维素结晶区的破坏.将麦秸与奶牛场废水(质量比)1∶4混合发酵产沼气是可行的,且促进了厌氧微生物对麦秸有机物的分解破坏,提高了麦秸产气量.     

木质纤维素沼气体系中共培养菌群形成及适应性变化研究进展

木质纤维素沼气化是生物能源领域最具潜力的技术之一,需要各功能菌群的协同作用和调控.本文综述了水解菌群、丙酸和丁酸互营氧化菌群以及乙酸产甲烷中各类菌群的协同效能.在水解阶段,厌氧真菌与嗜氢甲烷菌、纤维素降解菌和耗氢菌形成互利菌群后,代谢途径发生改变,实现了NAD+的再生,提高了水解效率;水解菌与非水解菌通过功能互补、抑制解除方式发挥作用.丙酸和丁酸互营氧化菌群形成后,适应性变化主要体现在种间距离缩短,电子转移加快及相关基因表达水平提高等方面.高温、高乙酸及高氨氮条件下,乙酸互营氧化产甲烷途径增强,使代谢途径更加灵活.未来菌群研究可从群体感应信号和基因水平转移两方面展开:借助调控因子,结合基因和蛋白质组学等手段深入研究群体感应信号在功能菌群形成中的作用;在菌群的适应性机理方面,通过组学分析来揭示基因水平转移在菌群适应性变化及系统进化中的意义,以便为重塑菌群结构和功能改造提供理论支持.     

添加蚓粪对玉米秸秆厌氧发酵产气特性的影响

以玉米秸秆为原料,总固体(TS)含量为50g.kg-1,采用中温35℃批式发酵,考察了添加蚓粪对玉米秸秆厌氧发酵产气的影响。结果表明:玉米秸秆单独发酵时,单位TS产气量为333.3mL.g-1,甲烷产量为202.0mL.g-1,并在反应初期出现酸化现象;蚓粪与玉米秸秆TS质量比为1:1进行发酵时,单位TS产气量为400.0mL.g-1,甲烷产量为269.6mL.g-1,相对于玉米秸秆单独厌氧发酵分别提高了20.0%和35.5%,且反应过程中未出现酸化现象。说明蚓粪适合作为玉米秸秆厌氧发酵产气的添加剂。     

Solid state biomethanation of fruit wastes.

Overtones of fruit wastes accumulate daily in the city of Chennai, India and there is an urgent need to develop, assess and use ecofriendly methods to dispose them. Presently an attempt has been made to study solid state biomethanation of fruit wastes using a laboratory scale anaerobic digester Fruit wastes containing 3%, 4% and 5% solids were used for experimentation. Daily and cumulative production of biogas produced during the study was recorded. Increase in nitrogen, phosphorus and potassium content in the feed was observed during the digestion. During the study the biogas generation increased with increase in total solids. While the gas generation was 0.006 m3/day/m3 of the reactor volume when the solid content was 3% the corresponding values for 4% and 5% solids were 0.27and 0.35 m3 respectively Varying TS 3% to 4% has no effect on fermentation stability and pH remained between 6.8 and 7.4, but an inhibition of methanogenic bacteria was observed for TS 5%. The overall performance of the reactor was depressed by changing feed concentration from 3% to 5%. Experiments with 4% initial solid contend was ideal for solid-state biomethanation.     

低浓度溶解氧下猪粪固体有机物水解产酸研究

本文以猪粪为发酵原料,通过批式实验研究不同溶解氧(DO)浓度(0—0.26 mg.L-1)、发酵时间(3—12 d)和挥发性固体(VS)浓度(11.14—111.35 g.L-1)对猪粪固体水解酸化过程的影响,确定了低DO浓度下固体有机物优化水解产酸工艺条件:中温35℃,初始VS浓度37.11 g.L-1,初期的DO浓度0.1—0.26 mg.L-1.在此条件下,发酵时间3 d,DO浓度下降到0.10 mg.L-1以下.猪粪发酵液pH值由7.45±0.10降低到5.86±0.17,VS降解率(25.67±1.20)%,挥发性脂肪酸(VFA)中乙酸(3895±91)mg.L-1、丙酸(2313±82)mg.L-1、正丁酸(1361±17)mg.L-1、正戊酸(540±11)mg.L-1.优化条件下的猪粪水解酸化液进行厌氧产甲烷发酵,发酵10 d内产气停止,低溶解氧水解酸化和厌氧产甲烷发酵累计时间仅为13 d,甲烷体积分数(69.5±0.2)%,VS产气率为(0.282±0.011)L CH.4g-1VS.研究结果表明,适当延长发酵时间能够增加VFA中乙酸的含量,初始VS浓度差异对发酵液VFA浓度和VS降解率的影响较显著,低溶解氧能够促进猪粪固体有机物水解过程.     

聚合氯化铝-壳聚糖复合絮凝剂的合成及在蓝藻沼液预处理中的应用

以聚合氯化铝(PACl)和壳聚糖(CTS)为主要原料合成了聚合氯化铝-壳聚糖(PACl-CTS)复合絮凝剂,考察了PACl与CTS的质量比、反应温度、反应液pH和反应时间等因素对PACl-CTS絮凝性能的影响,优化出PACl-CTS合成最佳工艺条件为:温度控制在70℃,m(PACl)∶m(CTS)=4∶1,反应时间1 h,pH值为4.通过红外图谱(IR)和扫描电镜(SEM)对PACl-CTS的微观结构进行了表征,表明PACl以一定的晶体结构镶嵌在CTS中,PACl和CTS之间存在一定的相互作用,而不是简单的复配.将合成的PACl-CTS应用于蓝藻沼液废水处理,结果表明,PACl-CTS对浊度、COD、TP具有良好的絮凝性能,当投加量为21.0 mg.L-1时,浊度、COD、TP的去除率分别达到了98.15%、67.78%和84.05%,可作为新型高效絮凝剂应用于蓝藻沼液废水预处理.     

Acid resistance of methanogenic bacteria in a two-stage anaerobic process treating high concentration methanol wastewater

In this study, the two-stage upflow anaerobic sludge blanket (UASB) system and batch experiments were employed to evaluate the performance of anaerobic digestion for the treatment of high concentration methanol wastewater. The acid resistance of granular sludge and methanogenic bacteria and their metabolizing activity were investigated. The results show that the pH of the first UASB changed from 4.9 to 5.8 and 5.5 to 6.2 for the second reactor. Apparently, these were not the advisable pH levels that common methanogenic bacteria could accept. The methanogenic bacteria of the system, viz. Methanosarcina barkeri, had some acid resistance and could still degrade methanol at pH 5.0. If the methanogenic bacteria were trained further, their acid resistance would be improved somewhat. Granular sludge of the system could protect the methanogenic bacteria within its body against the impact of the acidic environment and make them degrade methanol at pH 4.5. The performance of granular sludge was attributed to its structure, bacteria species, and the distribution of bacterium inside the granule.     

序批式膜反应器处理高氨氮渗滤液同步硝化反硝化特性

应用序批式生物膜反应器(SBBR)处理实际垃圾渗滤液,在DO浓度分别为0.45mg.l-1和1.19mg.l-1条件下,研究了系统的有机物,氨氮和总氮去除特性以及游离氨(FA),DO对系统同步硝化反硝化(SND)类型的影响.250d试验研究表明:SBRR系统能够稳定高效地同步去除渗滤液内高浓度有机物和高浓度氨氮.在初始COD浓度为122—2385 mg.l-1的情况下,出水COD浓度为23—929 mg.l-1,有机物最大去除速率25.6 kgCOD.m-2载体.d-1.在初始NH4+-N浓度为40—396.5 mg.l-1的情况下,出水NH4+-N浓度为0—41.2 mg.l-1,最大硝化速率2.87 kgN.m-2载体.d-1.SBBR系统内发生了明显的同步硝化反硝化(SND)现象,TN平均去除率分别为73.8%(DO=0.45 mg.l-1)和30%(DO=1.19 mg.l-1)左右.当FA浓度在1.5—11.6 mg.l-1范围内时,系统中共存硝酸型SND和亚硝酸性SND.当FA从18.6 mg.l-1增加到56 mg.l-1,系统中形成稳定的亚硝酸SND.因此,FA是影响系统SND类型的主要因素,DO可促进亚硝酸性SND向硝酸型SND转化.     

添加剂对污泥厌氧消化性能的影响

在间歇培养条件下,研究了还原型辅酶Ⅱ（NADPH）、乙酰辅酶A（Acetyl Co A）和对氨基苯甲酸（PABA）3种添加剂对污泥厌氧消化性能的影响.结果表明,3种微生物活性促进剂均能促进污泥厌氧消化产气.其中,NADPH的促进效果最为显著,消化第35 d,产甲烷量比对照组高15.90%.在污泥含固率为3%、未调初始pH（pH=6.7）和温度35℃的厌氧消化条件下,NADPH的最佳添加量为50 mg.L-1,消化第36 d,污泥累积产甲烷量127.13 mL.g-1VSS.在含固率3%、初始pH=8.5、温度55℃和NADPH添加量为50 mg.L-1的工艺条件下,污泥厌氧产气效果最佳,消化第30 d时累积产甲烷量达158.02 mL.g-1VSS.     

添加剂对厨余垃圾堆肥氮素转化与氮素损失的影响

采用静态好氧工艺,就不同添加剂对厨余垃圾堆肥氨挥发与氮素损失影响方面进行比较试验。试验设4个处理:A0,对照;A1,添加30 mL.kg-1(以干基计,下同)高温保氮菌剂;A2,添加1 mol.kg-1化学保氮剂;A3,同时添加30 mL.kg-1高温保氮菌剂和1 mol.kg-1化学保氮剂。堆肥结束时,与对照相比,A1、A2和A3处理堆肥全氮含量分别提高8.4%、38.4%和43.1%,有机氮含量分别提高9.9%、64.3%和68.8%,氨氮含量分别降低11.3%、86.5%和86.5%,厨余氨氮释放率分别降低13.4%、84.0%和86.5%,堆肥氮损失率分别下降17.5%、61.5%和67.2%。加入添加剂均可减少厨余垃圾堆肥氨挥发,降低堆肥氮损失。单独添加时,化学保氮剂较高温保氮菌剂作用大;但就3种处理比较而言,菌剂与化学药剂联合添加效果最好。     

Impact of Ni(II), Zn(II) and Cd(II) on biogassification of potato waste

A study was conducted on anaerobic digestion of potato waste and cattle manure mixture, inoculated with 12% inoculum and diluted to 1:1 substrate water ratio at 37 +/- 1 degrees C. Initially pH of substrate was found to be 4.5 to 5.0. Lime and sodium bicarbonate solutions were employed to adjust the pH to 7.5. Biogas production continued up to 10 and 7 days, when lime and sodium bicarbonate solutions were used to adjust the pH, respectively. Biogassification potential was studied in response to different ratio of waste and cattle manure. Biogas production rate was higher when potato waste and cattle manure were used in 50:50 ratio. Effect of two different concentrations (2.5 and 5.0 ppm) of three heavy metals viz. (Ni (II), Zn (II) and Cd (II)) on anaerobic digestion of substrate (potato waste--cattle manure, 50:50) was studied. At 2.5 ppm, all the three heavy metals increased biogas production rate over the control value. The percentage increase in biogas production over the control was highest by Cd, followed by Ni and Zn. In all the treatments, methane content of biogas increased with increase in time after feeding. Various physico-chemical parameters viz. total solids, total volatile solids, total organic carbon and chemical oxygen demand considerably declined after 7 days of digestion and decline was greater in presence of heavy metals as compared to control. The physico-chemical parameters revealed maximum decrease in the presence of 2.5-ppm concentrations of heavy metals with the substrate. Among all the three heavy metals employed in the study, Cd++ at 2.5 ppm was found to produce maximum biogas production rate. The use of three heavy metals to enhance biogas production from potato and other horticultural waste is discussed.