基于mcrA基因分析污泥干化芦苇床中产甲烷菌的多样性

基于mcr A基因探讨污泥干化芦苇床稳定污泥过程中的产甲烷菌多样性,利用PCR-DGGE技术分析不同时期、不同干化床污泥中产甲烷菌群落变化。DGGE图谱聚类分析发现,同一时期不同干化床污泥中产甲烷菌群落相似度较高;而同一干化床、不同时期污泥中的产甲烷菌群落有显著的差异。结果表明,污泥干化芦苇床中产甲烷菌的优势种属主要随芦苇生长时期和污泥稳定化时间的延长而改变。基于序列和系统发育树分析,干化床污泥样品中主要的产甲烷优势菌属是甲烷杆菌属(Methanobacterium),甲烷微菌属(Methanomicrobium),表明有通气结构的芦苇床更能有效抑制产甲烷菌的生长,进而有利于减少甲烷的排放。     

水生植物酸碱预处理对厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响简

采用酸碱预处理乌梁素海典型沉水植物龙须眼子菜和挺水植物芦苇,通过厌氧发酵动力学分析、还原糖变化及微观结构解析,研究酸碱预处理对水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响。实验结果表明,酸碱预处理后水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷两阶段累积产气量、氢气及甲烷含量均显著提高,酸处理效果优于碱处理。采用0.5 mol/L HCl预处理龙须眼子菜效果最佳,最大氢气、甲烷含量分别达42.65%和52.82%,产氢气速率为4.118 mL/h,产甲烷速率最高达14.199 mL/h。芦苇经1 mol/L HCl预处理效果最佳,最高氢气、甲烷含量分别为32.22%和65.26%。扫描电镜微观结构分析表明,酸碱预处理可显著破坏芦苇、龙须眼子菜的纤维素结构,有效增加植物与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产氢气-甲烷工艺的快速启动和稳定运行。     

水生植物酸碱预处理对厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响

采用酸碱预处理乌梁素海典型沉水植物龙须眼子菜和挺水植物芦苇,通过厌氧发酵动力学分析、还原糖变化及微观结构解析,研究酸碱预处理对水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响。实验结果表明,酸碱预处理后水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷两阶段累积产气量、氢气及甲烷含量均显著提高,酸处理效果优于碱处理。采用0．5mol／LHCl预处理龙须眼子菜效果最佳,最大氢气、甲烷含量分别达42．65％和52．82％,产氢气速率为4．118mL／h,产甲烷速率最高达14．199mL／h。芦苇经1mol／LHCl预处理效果最佳,最高氢气、甲烷含量分别为32．22％和65．26％。扫描电镜微观结构分析表明,酸碱预处理可显著破坏芦苇、龙须眼子菜的纤维素结构,有效增加植物与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产氢气-甲烷工艺的快速启动和稳定运行。     

制浆造纸废水的厌氧消化处理

一、前 言 厌氧消化技术的发展已有200多年的历史,它主要是利用一些微生物菌群(主要为产甲烷菌、产酸菌及产氢产乙酸菌群)将有机物降解成为甲烷和二氧化碳。这种方法在很多年前就广泛用于污泥及粪便的处理,由     

氨氮浓度对猪粪厌氧消化及产甲烷菌群结构的影响

氨氮抑制是影响高含固厌氧消化推广应用的主要因素之一。通过批式实验,采用外源氨氮投加方式,考察了厌氧消化过程中不同氨氮浓度对鲜猪粪产甲烷效果和产甲烷菌群结构的影响。结果表明:氨氮添加量为2 000 mg·L~(-1)(TAN≈3 596.7 mg·L~(-1))时,日产甲烷速率及累积产甲烷量均明显下降;添加量大于4 000 mg·L~(-1)(TAN≈5 618.7 mg·L~(-1))时,氨氮抑制加剧,出现VFAs累积、产甲烷高峰期后移、丙酸降解失败。不同氨氮投加量下猪粪中挥发性固体(VS)产甲烷率分别为(369.0±17.3)、(318.5±7.6)、(234.7±2.5)、(165.4±19.4)mL·g~(-1),产甲烷效率较对照组分别下降14%、36%和55%。超过4 000 mg·L~(-1)的外源氨氮投加促使产甲烷菌群结构发生显著变化,乙酸利用型产甲烷优势菌Methanosaeta逐渐被Methanosarcina代替,而氢利用型产甲烷菌属中Methanospirillum的优势性逐渐被Methanoculleus和Methanomassiliicoccus取代,说明后者均有较强的氨氮耐受性。主成分分析和冗余分析表明,高浓度氨氮会促使产甲烷途径由乙酸利用型为主向氢利用型为主转变。     

厌氧动态膜生物反应器处理冷轧平整液废水

平整液废水作为碱性含油废水,一直是冶金行业较难处理的废水之一。搭建了一套厌氧动态膜生物反应器(An DMBR),通过梯级驯化的方式,处理COD为2 500 mg·L~(-1)左右的平整液废水。经过88 d的启动驯化,在膜通量为6 L·(m2·h)-1,HRT为2.5 d的条件下,出水稳定在500 mg·L~(-1)左右,甲烷产率约0.151 L·g-1,动态膜的一个运行周期可以分为成膜阶段、稳定阶段和堵塞阶段3个阶段。成膜阶段出水浊度随动态膜的逐渐形成而下降;而后动态膜形成,出水浊度稳定,为稳定阶段;最后为堵塞阶段,跨膜压差激增,出水浊度上升。同时对驯化及稳定运行阶段的污泥进行了微生物菌群分析,在细菌群落中主要的微生物菌群为Clostridia(梭状芽胞杆菌纲)、Bacteroidia(拟杆菌纲)、Anaerolineae(厌氧绳菌纲)、OP8_1和Spirochaetes(螺旋体纲),其中拟杆菌纲是处理平整液废水的优势细菌菌群。在古菌群落中,Methanolinea(甲烷绳菌属)和Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)为主要菌种,随着反应器的长期驯化和运行,甲烷鬃毛菌逐渐成为反应器中优势菌群。     

上流式厌氧污泥床反应器处理饮料废水

通过监测西安可口可乐饮料有限公司污水处理站的上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,探讨饮料废水厌氧处理过程中COD去除率、沼气组分、氢分压、出水挥发性脂肪酸、产甲烷活性以及污泥形态。结果表明,UASB反应器对饮料废水中的COD去除率达到84.55%,产生的沼气中甲烷组分含量高达74.5%。反应器内的氢分压仅2.5 Pa,为水解发酵和产氢产乙酸过程创造了良好的条件。UASB反应器中污泥具有较高的产甲烷活性,以乙酸、丙酸和丁酸为基质时,最大比产甲烷活性分别为407.14、331.74和241.27 m L CH4/(g VSS·d)。UASB反应器中的污泥形态主要为絮状,甲烷菌中的优势菌为甲烷丝菌,同时存在少量甲烷杆菌。针对该厂UASB反应器中污泥的现状,提出了影响颗粒化的因素和控制措施,为后期的运行和管理提供了参考依据。     

有机负荷冲击对固定床厌氧反应器启动及古菌群落动态影响

为开发高效率、抗冲击能力强的有机废水沼气发酵技术,以人工配制的糖蜜废水为试材,在不同有机负荷(1.7~6.73 kg/(m3·d))的冲击方式下,对4个炭纤维膜为载体固定床厌氧反应器的启动进行了研究。通过COD去除率、p H、产气量、甲烷含量、变性梯度凝胶电泳(DGGE)、16S r DNA克隆文库技术、实时荧光定量PCR(Q-PCR)等指标和方法,分析炭纤维载体在抵御有机负荷冲击过程中的作用及对微生物定殖的贡献。结果表明,在不同有机负荷冲击下,4个炭纤维载体固定床厌氧反应器在第40天时均启动成功,其产气量稳定在21 L左右,出水p H在6.8~7.5之间,COD去除率在80%以上,甲烷含量在75%以上,其中冲击最大的R2反应器(COD每隔5 d增加5 000 mg/L)的有机负荷是固定床厌氧反应器的一个阈值。附着在炭纤维载体上的产甲烷古菌的多样性丰富,并且繁殖缓慢、容易附着的产甲烷微菌(MMB)的16S rRNA基因浓度最高,反应器中占优势的产甲烷菌是甲烷鬃毛菌(MST)和产甲烷微菌(MMB),说明炭纤维载体对微生物的定殖起到非常重要的作用,提高了污泥活性,从而提高了反应器的性能。     

餐厨垃圾两相与单相厌氧消化过程参数分析

在(55±0.2)℃温度下,以餐厨垃圾为原料,分别进行两相与单相厌氧消化实验,两相实验设置不同初始p H的反应组,比较两相与单相厌氧消化的产气效率、有机酸、营养物质和酶活性等的变化。结果表明,餐厨垃圾两相厌氧消化可以提高产甲烷效率,初始p H 8.5餐厨垃圾组的甲烷产量最高为178.3 m L/g COD,比单相厌氧消化提高了338%;另外,两相厌氧消化中氢气最高可达14.12 m L/g TS。餐厨垃圾两相厌氧消化产酸相的初始p H会影响产氢和产甲烷的效率,氢气和甲烷的产量随初始p H的升高而呈增加趋势。淀粉酶活性在两相实验组的产酸相及单相实验组均呈现先升后降的变化,最高活性分别为0.542 mg/(m L·min)和0.298 mg/(m L·min);蛋白酶活性在产酸相达到最高,为1.70μg/(m L·min);脱氢酶活性在初始p H为9.0的实验组达到最高,为145μg/(m L·h),分别是空白和单相实验组的113.3%和120.8%。     

2种启动方式下CSTR厌氧甲烷发酵系统的运行特性比较

厌氧产甲烷菌生长缓慢,对生境环境尤为敏感,其富集难且慢,所以厌氧反应器的快速启动一直是热点研究问题。为摸清连续流搅拌槽式反应器(CSTR)处理糖蜜废水的适宜启动条件和调控方法,比较了两种启动方式下CSTR厌氧甲烷发酵系统的运行特性。结果显示,以啤酒废水污水处理车间的剩余污泥为种泥,在HRT为18 h、温度35℃条件下,进水COD为4 000 mg·L~(-1)时直接启动CSTR厌氧反应器,系统因挥发酸积累,产甲烷菌群活性受限,难以富集培养,经过近103d的运行,系统未形成高效的厌氧甲烷发酵微生物菌群结构体系;而当采用保持HRT18 h不变,进水COD阶段性提升至4000 mg·L~(-1)的启动方式时,产甲烷菌群活性较高,能在较短时间内得到有效富集和培养,CSTR能成功培养具有完整甲烷发酵功能的微生物菌,COD去除率可在65 d内达到56%,反应器成功启动。     

生物炭和石墨的电化学性质对剩余污泥厌氧消化产甲烷的影响

以玉米秸秆为原料,分别在300、500和700℃的条件下热解制备生物炭(CS300、CS500、CS700),对其理化性质(pH、比表面积、灰分含量、元素组成)和电化学性质(电子供给能力(EDC)、电子接受能力(EAC)、导电率(EC))进行了表征,并将3种生物炭和导电型石墨分别加入消化反应器进行污泥中温厌氧消化批次实验。结果表明:CS300具有最高的EDC(0.598 mmol·g~(-1)),CS700具有最高的EAC(0.740 mmol·g~(-1)),石墨的导电性最强(2.0×10~4 S·m~(-1));4种碳材料对污泥厌氧消化产甲烷均有促进作用,CS300、石墨、CS500和CS700实验组的甲烷累积总产量比对照组分别提高了42.4%、38.9%、28.9%和11.2%。微生物群落结构分析结果表明:甲烷生成的主要代谢途径是CO_2还原代谢途径;3种生物炭材料均提高了Methanosarcina等氢营养型产甲烷古菌的相对丰度,CS300的富集能力最强,石墨的影响作用则不显著。冗余分析结果表明:4种碳材料的电化学性质对厌氧细菌群落组成变化的贡献度为52.7%,对厌氧古菌群落组成变化的贡献度为64.4%;具有氧化还原活性的生物炭通过反复供给、接受电子大幅增加体系中微生物可用电子数量来提高互养微生物种间电子传递效率;而导电性能优秀的石墨则主要通过促进微生物的直接电子传递来提高甲烷产率。研究为解析具有电化学活性的碳材料对厌氧微生物菌群代谢特征和电子传递的影响规律提供了一定的理论支撑,对提高污泥厌氧消化效率、实现能源高效回收具有重要理论价值和现实意义。     

小麦秸秆预处理对厌氧消化性能的影响研究

针对小麦秸秆厌氧消化水解限速步骤,研究了酸、碱和污泥发酵消化液(以下简称消化液)预处理对小麦秸秆厌氧消化性能的影响。结果表明,酸和消化液预处理可以加速小麦秸秆水解酸化,在厌氧发酵第4天时产气中测得甲烷,早于对照和碱预处理。与对照相比,酸、消化液和碱预处理后小麦秸秆和污泥共消化体系的产气量可分别提高13.7%、12.0%和9.2%,产甲烷量可分别提高7.4%、9.5%和5.2%,但碱预处理会延滞厌氧消化产甲烷阶段。厚壁菌门(Firmicutes)是厌氧消化反应器中最主要的菌门,主要包括己酸菌属(Caproiciproducen s)、乙醇生孢产氢菌属(Hydrogenispora)、瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)、罗伊氏乳杆菌属(Lactobacillus)和Ruminiclostridium_1属等,其中己酸菌属和乙醇生孢产氢菌属可以作为小麦秸秆和污泥共消化的监测指标,在厌氧消化前期反应器中微生物主要为己酸菌属,而后期主要为乙醇生孢产氢菌属。     

木糖高温厌氧发酵产氢的影响因素及两相产氢-产甲烷的能量转化效率

通过批次实验,考查了木糖高温(55℃)厌氧发酵中初始pH(5.0~10.0)和初始底物浓度(2.5~15 g·L~(-1))对产氢效率、液相产物以及木糖降解率的影响;并进行了两相产氢-产甲烷实验,对比单相产甲烷与两相产氢-产甲烷能量转化效率。结果表明:在初始pH=5.0或初始底物浓度为2.5 g·L~(-1)时无氢气产生,最大产氢率1.31 mol H2·(mol木糖)-1在pH=7.0,底物浓度7.5 g·L~(-1)时获得,同时木糖降解率和累积产氢量分别为97.48%和328.4 mL;其主要代谢副产物为丁酸和乙酸,属于丁酸型发酵。厌氧产氢后末端产物甲烷产率为274.9 mL CH_4·(g COD)-1,两相系统能量转化效率达到63.98%,高于单相产甲烷系统的49.39%。     

浮萍与剩余污泥厌氧消化产沼气实验

为了提高浮萍厌氧消化产沼气能力,对比浮萍和剩余污泥的单独以及混合厌氧消化过程的产气情况,得到当两种底物混合厌氧消化时,具有互补优势,缩短了产甲烷过程的酸化期,累积产气量实际值比计算值提高11%。此外,研究底物的预处理以及底物与接种物比例对厌氧过程的影响,结果表明,浮萍经热碱预处理后比未处理组甲烷产量增加了8%,且厌氧消化产沼气时间缩短;当底物与接种物比例为1∶1时,整个反应过程的pH维持在6.00以上,利于产甲烷过程,体系中积累的挥发性脂肪酸(VFAS)最多,且获得的总沼气产量和总甲烷产量最大,分别为3 309 m L和1 883 m L,比最低的1∶2.5组分别高出151 m L和304 m L。     

温度和物料配比对餐厨垃圾与果蔬垃圾协同厌氧产氢的影响研究

采用餐厨垃圾和果蔬垃圾协同厌氧产氢工艺,通过pH、氨氮、还原糖、溶解性COD(SCOD)等指标变化规律、产氢动力学和相关性分析,研究不同温度和物料配比(餐厨垃圾与果蔬垃圾的湿质量比)对协同厌氧产氢潜力的影响。结果表明,温度和物料配比对餐厨垃圾和果蔬垃圾协同厌氧产氢均有显著影响。高温组(55℃)物料配比为1∶4时累积产气量和氢气体积分数最大,分别为510mL和52.57%;中温(35℃)组物料配比为1∶2时累积产气量最大为200mL,物料配比为1∶1时氢气体积分数最大为5.45%。相关性分析表明,pH与累积产气量呈显著负相关,氨氮与累积产气量呈显著正相关。高温协同厌氧产氢可有效提高微生物活性和产氢潜力,促进餐厨垃圾和果蔬垃圾的有效利用,实现有机废弃物的绿色能源化。     

采油废水厌氧处理系统的微生物群落特征

为了深入认识石油烃的厌氧降解过程,利用分子生物学技术分析了大庆油田采油废水处理系统厌氧池和进水中的微生物群落特征。基于DGGE和克隆文库的分析结果均表明,厌氧生物膜中存在的古菌源自于采油废水。厌氧生物膜和采油废水中的古菌主要是产甲烷菌,包括嗜甲基的Methanomethylovorans thermophila和利用氢和甲酸的Methanolinea tarda。值得注意的是,氢营养型的M.tarda在厌氧生物膜中得到了富集。进水和厌氧生物膜中的细菌群落结构明显不同。进水中的主要细菌类群为Epsilonproteobacteria,而生物膜中的主要类群为Nitrospira和Deltaproteobacteria。在厌氧生物膜中发现许多与产甲烷古菌(尤其是氢营养型产甲烷菌)协同降解石油烃类物质的细菌相关克隆:其中一个克隆与Syntrophus具有较高的同源性,该类菌是产甲烷菌介导的厌氧烃降解微生物区系中的关键细菌;许多Deltaproteobacteria克隆属于group TA类群,该类群细菌主要参与芳香族化合物产甲烷菌介导的厌氧降解过程。这些结果表明,在大庆油田采油废水厌氧处理系统中已经建立起由产甲烷菌所介导的厌氧石油烃降解的微生物区系。     

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷过程底物指标变化

将污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物进一步产甲烷,产甲烷量比污泥与餐厨垃圾单独或直接联合厌氧发酵产甲烷大.研究污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷过程中产甲烷量与底物指标变化的关系,实验结果表明,整个消化过程中,累积产甲烷量为613 L,最大产气速率和产甲烷速率分别为2.12 L/(kg·d)和1.46 L/(kg·d),最大甲烷含量为72.5％,消化系统的pH在总挥发性脂肪酸(TVFA)以及氨氮、CO32-和HCO3-等碱度的共同作用下基本维持在适宜产甲烷的范围内,在不同的消化阶段,厌氧发酵产甲烷过程起主要作用的物质不同,先后顺序依次为糖类、蛋白质和TVFA,并且累积产甲烷量与COD、总糖、总蛋白质的显著相关性大小依次为:COD＞总糖＞总蛋白质,COD去除率高达79.54％.     

不同碳氮比对干法厌氧消化产沼气特性及细菌群落多样性的影响

为研究不同初始C/N值的混合物料对甘蔗叶干法厌氧消化过程中理化参数以及产沼气特性的影响及产气最佳的C/N值厌氧消化过程中细菌群落结构多样性,研究采用牛粪与甘蔗叶以及啤酒厂滤泥这3种有机固废物混合并加入自行研究设计的发酵罐里进行厌氧消化,并采用Nested-PCR(巢式PCR)技术扩增消化过程中细菌的16S r DNA V3区域,并通过DGGE方法分析初始C/N值为15.02厌氧消化过程细菌群落的多样性。实验结果表明,初始C/N值为15.02的混合物料产甲烷最佳,最高累计产气量为1 748.63 m L·kg~(-1),甲烷最高含量为59.26%,最高日产甲烷量为13.58 m L·kg~(-1);通过研究最佳C/N值为15.02的细菌多样性,可知在厌氧消化过程中细菌数量和群落结构丰富多样,样品间的细菌群落结构差异性相对较大,样品间存在与产沼气相关的共有的优势细菌。     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析简

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系,分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析,并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明,餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长,但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾,说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致,启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌,其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌,是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖,日增殖速率由不足20%增长到近100%并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢,原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多,最高浓度4.7 mg/mL以上,占有机酸总量总量的46%以上,厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系,分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析,并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明,餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长,但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾,说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致,启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌,其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌,是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖,13增殖速率由不足20％增长到近100％并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢,原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多,最高浓度4．7mg／mL以上,占有机酸总量总量的46％以上,厌氧发酵类型为丁酸发酵型。