嗜热菌株AT07-1的分离鉴定及其在污泥溶解预处理厌氧发酵产氢中的应用

从湖南大学花园土壤中采集样品,用稀释涂布法分离和纯化适于污泥溶解的典型嗜热菌菌株,从中选出一株高效菌进行形态观察,并对其进行生理生化鉴定.结果表明,该菌株的革兰氏染色为阳性,呈细杆状,产芽孢,为好氧或兼性需氧细菌,最适生长温度为65℃,最适生长pH值为6.8~7.5.通过16SrDNA碱基测序和对比证实,该菌株是目前尚未报道过的一株嗜热菌,GenBank中注册命名为Bacillus thermophilic bacteria AT071(注册号:FJ231108).同时,将其纯种菌用于嗜热酶溶解（solubilization by thermophilic enzyme,S-TE）污泥稳定化处理,接种该嗜热菌可促进污泥中悬浮固体的溶解,2.5d时接种试验挥发性悬浮固体 (volatile suspended solid,VSS)溶解率达到59.41%,比不接种试验同期提高了25.58%,达到了EPA规定的污泥稳定化要求.进一步对经AT071预处理的污泥厌氧产氢效果进行研究,试验结果显示,接种处理后污泥发酵产氢效果良好,高出未接种处理（65℃热处理）污泥26.4%,发酵气体中只含有H2和CO2.     

高温好氧反硝化菌的分离鉴定及其反硝化性能研究

通过高温筛选,从燃煤电厂生物滴滤系统填料的生物膜上分离出1株高效好氧反硝化细菌TAD1.该菌株革兰氏染色呈阴性,短杆状,大小为(0.67～0.89)μm×(1.03～1.41)μm;经生理生化特性和基于16S rDNA序列分析,初步鉴定该菌为螯台球菌属(Chelatococcus 8p.).对菌株TAD1的反硝化性能进...     

Enhancement of thermophilic anaerobic digestion of thickened waste activated sludge by combined microwave and alkaline pretreatment

Pretreatment of thickened waste activated sludge (TWAS) by combined microwave and alkaline pretreatment (MAP) was studied to improve thermophilic anaerobic digestion efficiency. Uniform design was applied to determine the combination of target temperature (110–210°C), microwave holding time (1–51 min), and NaOH dose (0–2.5 g NaOH/g suspended solids (SS)) in terms of their effect on volatile suspended solids (VSS) solubilization. Maximum solubilization ratio (85.1%) of VSS was observed at 210°C with 0.2 g-NaOH/g-SS and 35 min holding time. The effects of 12 different pretreatment methods were investigated in 28 thermophilic batch reactors by monitoring cumulative methane production (CMP). Improvements in methane production in the TWAS were directly related to the microwave and alkaline pretreatment of the sludge. The highest CMP was a 27% improvement over the control. In spite of the increase in soluble chemical oxygen demand concentration and the decrease in dewaterability of digested sludge, a semi-continuous thermophilic reactor fed with pretreated TWAS without neutralization (at 170°C with 1 min holding time and 0.05 g NaOH/g SS) was stable and functioned well, with volatile solid (VS) and total chemical oxygen demand (TCOD) reductions of 28% and 18%, respectively, which were higher than those of the control system. Additionally, methane yields (L@STP/g-CODadded, at standard temperature and pressure (STP) conditions of 0°C and 101.325 kPa) and (L@STP/g VSadded) increased by 17% and 13%, respectively, compared to the control reactor.     

中温和高温厌氧生物产氢反应器连续运行的研究

采用2个厌氧生物产氢反应器分别在中温(37℃)和高温(55℃)下连续运行.以河底沉积物接种,葡萄糖为基质,在CSTR中成功实现了连续中温厌氧产氢,最高产氢量达8.6L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/葡萄糖)为1.98.以厌氧产甲烷颗粒污泥接种,蔗糖为基质,在UASB反应器中成功实现了连续高温厌氧产氢过程,最高产氢量达6.8L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/蔗糖)为3.6.在高温UASB反应器中培养获得了灰白色的产氢颗粒污泥,平均粒径为0.8～1.2mm,沉速为30～40m/h,电镜观察发现其表层生长大量杆状细菌.对2种产氢污泥的总DNA进行提取和纯化,通过PCR扩增和DGGE分析,发现高温和中温厌氧产氢污泥中的大部分真细菌种类相同,但各自的优势菌种明显不同.     

优势菌种对餐厨垃圾高温好氧消化的促进

为研究优势菌种对餐厨垃圾高温好氧消化(TAD)的促进作用,本研究通过淀粉水解、油脂降解及明胶液化等生化实验,从餐厨垃圾中筛选出若干对其主要成分具有显著降解效果的优势菌种。通过对样品水溶性TOC(TOCw)、水溶性凯氏氮(KNw)、水溶性C/N(KNw)、pH以及含水率等指标的分析,考察优势菌种对餐厨TAD的促进作用。研究表明,优势菌种制剂最优添加量为1%。在此剂量下,好氧消化60 h,TOCw由8.53%降低为2.49%,C/Nw由18.71降低至6.14,以上指标说明加入优势菌种可加速TAD反应。添加量1%样本的水溶性凯氏氮和pH在反应48 h后开始回升,而未添加生物制剂的样本相关参数回升时间需96 h以上,由此推断优势菌种对TAD的促进机制是加快了蛋白质等大分子有机物的降解速度。     

餐厨垃圾高温厌氧消化产沼气的试验研究

探究了温度、含固率、pH及接种率对餐厨垃圾厌氧消化产沼量的影响,并设计L9(34)正交试验进行厌氧发酵工艺优化研究。结果表明,在温度为55℃、含固率为8%(质量分数)、pH为7.00、接种率为90%(质量分数)时,厌氧发酵累积产沼量为809.0mL/g(以挥发性固体计);各影响因素对产沼量的影响大小为温度pH接种率含固率。     

零价铁对污泥高温厌氧消化过程中四环素抗性基因及第一类整合子的消减影响

为研究污泥高温厌氧消化过程中零价铁(Fe0)对抗生素抗性基因的消减影响,采用荧光定量PCR方法定量检测了7种四环素抗性基因(TC-ARGs,包括tetA、tetC、tetG、tetM、tetO、tetW和tetX)及第一类整合子int I1基因在厌氧消化过程中的丰度变化,同时检测分析了挥发性脂肪酸(VFAs)的质量浓度变化,并探讨了目标基因与VFAs之间的相关关系.结果表明,适量Fe0(如0.10 g·g~(-1),以Fe0/VSS计)不仅可以强化污泥厌氧消化进程,显著提高总VFAs和乙酸的产生量,而且能够增强TCARGs和int I1基因的消减效果.尽管如此,过量Fe0(如1.17 g·g~(-1),以Fe0/VSS计)对污泥高温厌氧消化过程中TC-ARGs和int I1基因消减的增强效果并不显著,推测可能是由于基因水平转移的发生所导致的.通过相关性分析可知,TC-ARGs(除tetO基因外)和int I1基因与乙酸之间存在显著负相关性,表明乙酸可能对TC-ARGs和int I1基因的消减具有促进作用.     

低温短时水热预处理混合及初沉污泥的高温厌氧消化特性研究

以低温短时(90℃、30 min)水热预处理后的混合及初沉污泥为研究对象,分别进行了高温((55±1)℃)厌氧消化连续性试验.研究了该预处理条件下这两类污泥在水力停留时间(HRT)为20 d时的产气量、有机物分解率及物料平衡等,探讨了低温短时水热预处理对提高污泥厌氧消化性能的效果.结果表明:TS约为35 g·L-1的预处理混合污泥与初沉污泥经高温厌氧消化后,投加单位VS的产气量分别为(343.00±9.86)m L·g-1和(365.00±7.61)m L·g-1,VS去除率分别为38.9%和45.8%.COD物料平衡计算结果表明,混合和初沉污泥中分别有33.6%和43.9%的固体有机物被分解转化,生物气中CH4含量均在70%左右.     

气体分离循环对高温厌氧消化过程的影响

采用厌氧序批式反应器,研究了气体循环(包括气体直接循环和脱除气体中的氢气后循环)对以葡萄糖和乙酸钠配制的模拟废水在高温厌氧消化过程中乙酸代谢速率、出水性质及微生物相的影响,并采用尺寸排除色谱和三维荧光光谱技术,对溶解性微生物产物(SMP)的分子量分布和荧光物质组成进行了分析.结果显示,气体循环使得出水中残余挥发性脂肪酸的浓度由238.2mg/L(未脱氢)和129.6mg/L(脱氢)分别减少至8.5mg/L和8.2mg/L,并最终降低了SMP产量,45d时分别降至气体循环前的36.8%和59.2%.脱氢气体循环促进了乙酸化和乙酸氧化,导致了微生态环境和甲烷化基质浓度的差异,促进了高分子量SMP向低分子量SMP的转化,污泥中的微生物形态亦发生了较大变化.可见气体循环改善了基质与微生物的混合状况,改善了出水水质,而脱氢气体循环加速了乙酸的代谢,有望更快速地解除易降解有机物高温厌氧消化过程中的酸抑制,提高厌氧消化效率.     

CO厌氧发酵制氢过程中的微生物特性及其影响因素

以发酵液中溶解的一氧化碳(CO)为底物,研究高温嗜热菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)厌氧发酵制氢的工艺过程.通过C.hydrogenoformans菌的生长规律、絮凝能力和反应特性等实验研究,建立菌株的生长规律模型,得出微生物衰减系数和最大比生长速率.结果表明,C.hydrogenoformans菌产氢率高,絮凝效果好,用于连续CO生物发酵制氢工艺是可行的.对发酵制氢过程的影响因素进行考察,得出最佳食微比及CO对发酵制氢过程的抑制浓度等过程参数,为有效开发CO厌氧生物发酵制氢的工艺路线提供了参考依据.图4表2参17