HRT对糖蜜废水发酵产氢的影响

采用自制的UASB反应器,以糖蜜废水为底物,接种絮状污泥进行HRT对发酵制氢的影响研究.结果表明:在温度为(37±1)℃,进水COD浓度为4 000 mg/L,出水pH为4.6～5的条件下,HRT在8～6 h范围时,反应器的产气速率和产氢速率达到最大并保持稳定,平均值分别为41 L/d和21 L/d左右,氢气含量稳定在...     

一株耐酸产氢突变株Pantoea agglomerans的筛选与产氢特性

以红树林污泥中分离的厌氧发酵产氢细菌Pantoea agglomerans BH18为出发菌株,利用转座子Tn7随机插入菌株基因组DNA,通过卡那霉素筛选与PCR扩增验证,获得一批转座子插入突变菌株.起始pH4.0培养条件下,以产氢量为指标分离获得一株耐酸产氢突变菌株TB220.多次传代结果表明,突变菌株TB220具有稳定的产氢遗传特性.起始pH3.5~7.0范围内,突变菌株TB220最适产氢pH值为6.0,产氢量为(2.39±0.08)mol H2/mol葡萄糖.起始pH4.0和葡萄糖浓度10g/L的海水培养条件下,突变菌株TB220产氢量为(0.47 ± 0.02)mol H2/mol葡萄糖,比野生菌株高70%,表现出较强耐酸性.     

厌氧发酵生物制氢微生物及工艺开发的研究进展

厌氧发酵生物制氢在国内外受到了普遍关注,如何确保稳定、持续、高效的产氢率成为生物制氢研究的关键问题所在.本文在查阅国内外大量文献的基础上,重点介绍了产氢发酵微生物、产氢菌种的构建、产氢反应器及厌氧发酵产氢工艺的最新研究状况.同时,就两相循环高温氢/甲烷发酵工艺的进一步发展前景提出了建议.     

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。     

pH5条件下生物制氢反应器的启动及运行特性

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),以糖蜜废水为底物,探讨了pH5条件下生物制氢反应器的启动和运行特性.结果表明,保持反应器内pH为5,污泥接种量为6g/L、COD启动负荷为7.0kg/(m³·d)、水力停留时间(HRT)为6h等条件,可在30d内完成产氢发酵菌群的驯化.此时系统氧化还原电位(ORP)稳定在-460mV～-480mV之间,系统呈现明显的混合酸发酵特性.其液相末端发酵产物比例分布相当,乙酸、乙醇、丁酸、丙酸和戊酸含量分别占发酵产物总含量的36%,33%,18%,13%.没有占绝对优势的发酵产物.气相中的氢气含量30%～35%,其最大产氢能力为1.3m³/(m³·d).生物制氢反应器混合酸发酵稳定运行期各种产酸发酵细菌处于均势地位,以球菌和杆菌为主.     

利用Ethanoligenens harbinense R3连续培养的CSTR的启动与运行

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)为实验装置,探讨了利用新型发酵产氢菌R3的生物制氢反应器的启动与运行情况.实验表明,维持反应器内pH在4.5左右、COD启动值为6000 mg·L-1、水力停留时间为8 h等条件,可在30 d内完成反应器内菌种对环境的适应并进入稳定运行阶段,此时系统氧化还原电位(HRT)稳定在-400mV左右.系统内的液相末端发酵产物中乙醇含量最大,占发酵产物总含量的65%,乙醇和乙酸所占比例为95%,系统呈现明显的乙醇型发酵特性.启动和运行阶段的积累产氢量为399.33 L,最大产氢量达15768.8 mL·d-1,最大氢气产率为49.94%.有机氮源可被微生物利用而无机氮源对产氢并无太大影响.使用有机氮源和磷源时积累产气量、积累产氢量和发酵液相末端产物与空白对照相比有所增大.     

低温域湿地植物根际硝化强度及氨氧化微生物研究

以低温域(0~15 ℃)下黄菖蒲(Iris pseudacorus)、菖蒲(Acorus calamus)和香蒲(Typha orientalis)3种湿地植物为研究对象,分别取其根际土壤测定硝化强度,并采用FISH(荧光原位杂交)技术,考察植物根际AOB(氨氧化细菌)、AOA(氨氧化古菌)的数量变化规律. 结果表明:低温条件下,香蒲根际土壤的硝化强度最高,平均值为1.40 mg/(kg·h),黄菖蒲和菖蒲的平均值均为0.96 mg/(kg·h). 湿地植物根际土壤中的细菌数量(数量级为1010)远高于古菌(数量级为108),其中AOB为优势菌种,3种湿地植物的AOA数量分别约占总古菌数量的46.0%、47.9%和49.7%. 3种湿地植物根际AOB的数量(以湿土计,下同)排序为香蒲(2.57×109 g-1)>黄菖蒲(1.23×109 g-1)≈菖蒲(1.14×109 g-1),AOA的数量(以湿土计)排序为黄菖蒲(2.78×108 g-1)>香蒲(2.57×108 g-1)>菖蒲(1.15×108 g-1). 微生物分布特性和硝化作用效果均表明,不同植物根际氨氧化过程的主要作用微生物具有一定差异,AOA和AOB对于湿地土壤氮转化均具有不可忽视的作用,并与植物本体、土壤硝化过程微环境之间有一定的耦合关系.      

酸性冲击对微生物电解产氢阳极菌群影响及功能基因变化解析

微生物电解产氢工艺是借助能够直接与电极传递电子的功能菌在阳极降解有机质并将产生的电子在阴极与质子结合回收氢气能源的新技术.采用市政废水在固定外加电压相同条件下直接启动15个反应器,以葡萄糖为碳源驯化获得电极功能菌群,稳定运行1个月获得反应器稳定产氢和伴随产甲烷效能.初始稳定时采用pH为7的磷酸盐缓冲液可以获得稳定的产气量,平行反应器表现出不同的氢气和甲烷产量.最高产氢反应器的氢气转化率为32.2%,氢气产率为(3.9±0.6)mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的H2量(mol)计,下同);相同条件下最低产氢效率反应器的甲烷转化率则可达到48.4%.通过48 h阳极生物膜的酸性冲击试验对阳极菌群功能恢复效果进行分析,发现消除冲击10~15 d反应器的电子传递效率得到恢复,但功能菌群多样性增加,氢气与甲烷比例发生变化.最高产氢反应器氢气产率降低1.8 mol·mol-1,而甲烷增量为0.4 mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的CH4量(mol)计,下同).通过关键功能基因分析发现,初始产氢效能高的反应器功能菌群中电子传递功能菌优势较大;阳极功能菌群受到短暂酸性冲击后,基于细胞色素C基因的相关菌群能够较快恢复,其电子传递能力恢复更快;与碳源降解和产甲烷相关基因群落受酸性冲击后变化较为显著,甲烷增量与氢气减少量基本符合反应计量关系.     

不同pH下糖蜜废水的厌氧产酸发酵类型及微生物群落结构解析

为寻求厌氧产酸发酵反应器的适宜控制参数和微生物学机制,以ACR(厌氧接触式发酵制氢反应器)为试验平台,通过分阶段调控反应器的pH,考察不同pH下ACR系统的产酸发酵类型和产氢性能,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对微生物群落结构进行了解析.以糖蜜废水为基质,以城市污水厂剩余污泥为种泥,在污泥接种量(以MLVSS计)为3.58 g/L、进水ρ(COD_Cr)为5 000 mg/L、HRT为12 h条件下,分别考察了系统在pH为6.0～6.5、5.5～6.0、5.0～5.5、4.5～5.0条件下的运行特性.结果表明,在pH为4.5～5.0时,系统中以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群占优,呈现典型的乙醇型发酵特征,活性污泥表现出的产氢性能最佳,其氢气转化率和污泥的比产氢速率分别为1.9 mol/mol和7.8 mmol/(g·d).在pH为5.5～6.5、5.0～5.5的条件下,Clostridium tyrobutyricum strain A1-3、Propionibacterium sp.B2M2分别成为优势菌群,系统分别呈现出丁酸型发酵、混合酸发酵类型.研究显示,随着pH的改变,系统内的产酸发酵菌群随之发生更迭,在不同pH控制水平下形成不同的顶级微生物群落结构,进而使得系统呈现出不同发酵类型和产氢性能.      

HRT对A/O-BF处理低碳氮比农村生活污水脱氮的影响

通过四组平行小试装置,研究空床水力停留时间(HRT)对缺氧/好氧生物滤池(Anoxic/oxic biofilter,A/O-BF)去除低碳氮比(C/N)农村生活污水中氮的影响;结合高通量测序,研究了不同HRT条件下的脱氮效能和微生物群落变化特征,优选出最佳HRT.结果表明:①缺氧段HRT为6 h的条件下,好氧段HRT为9和10 h时,A/O-BF对NH₄+-N和TN的平均去除率均分别为99%和75%,显著高于HRT为7 h(分别为93%和66%)和8 h(分别为96%和70%)时的情况.②好氧段HRT为9 h的条件下,缺氧段HRT为6 h时,A/O-BF对TN的平均去除率为78%,明显高于HRT为4 h(59%)、稍高于HRT为5 h(74%)和7 h(75%)时的情况.③好氧段HRT为9 h时,其硝化菌属Nitrosomonas和Nitrospira的总丰度占11.42%,明显高于HRT为7 h(4.61%)、8 h(7.39%)和10 h(7.64%)时的情况.④缺氧段HRT为6 h时,其主要的反硝化菌属Denitratisoma占5.83%,明显高于HRT为4 h(0.81%)、5 h(2.90%)和7 h(3.27%)时的情况.研究显示,HRT影响A/O-BF的脱氮效能和微生物群落分布特征,处理低碳氮比(1.4~3.0)农村生活污水时,A/O-BF好氧段和缺氧段的最佳HRT分别为9和6 h.      

电化学氢自养与硫自养集成去除饮用水中的硝酸盐

研究了一种电化学氢自养与硫自养集成去除饮用水中硝酸盐的方法，将2种自养反硝化集成，既可减少以硫作为电子供体产生的SO4^2-，也可以使硫自养反硝化产生的H^ 作为电化学产氢的前驱物。同时，在硫自养段可不添加调pH的CaCO3，避免了出水的硬度升高。试验结果表明，在反应器的水力停留时间（HRT）为1．9－5h，最小电流相应为3－16mA时，NO3^--N去除率达90％以上，出水中NO3^--N和SO4^2-浓度分别低于3．0mg/L和170mg/L,NO2^--N未检出，硫段和电氢段出水pH值均维持在中性附近。     

一株稻田土壤梭状芽孢杆菌的分离及其固氮产氢能力研究

为研究水稻土壤中协同固氮产氢菌的固氮产氢特性,拓展协同固氮产氢菌菌种资源,利用厌氧微生物富集培养、亨盖特厌氧滚管等技术,从华南稻田土壤中筛选到一株同时具有产氢和固氮能力的菌株BZ-1. 经形态学观察及16S rRNA基因序列系统发育分析,鉴定菌株BZ-1属于梭状芽孢杆菌属(Clostridium sp.). 通过测定产氢量、生物量、发酵产物及固氮酶酶活等,对菌株BZ-1的产氢能力及协同固氮产氢特性进行分析. 结果表明:菌株BZ-1发酵34.55 mmol/L葡萄糖可产生42.19 mmol/L H₂,主要副产物为丁酸(15.96 mmol/L)、乙酸(7.14 mmol/L)和乳酸(5.09 mmol/L);菌株BZ-1具有固氮酶活性,能够以N₂为唯一氮源进行生长;菌株BZ-1固氮产氢时,相比于添加7 mmol/L氯化铵的试验组,产氢量提高了14.71%,最大生物量降低了33.33%,乙酸产量提升了61.49%. 研究显示,菌株BZ-1在协同固氮产氢条件下固氮能力的提升、生物量的降低以及核心碳代谢途径的改变可能是其产氢量提升的原因. 固氮产氢菌株BZ-1的获得将为提高土壤肥力以及缓解铅、镉等重金属对农作物的胁迫作用提供新的思路.      

产氢发酵新菌Ethanoligenens sp.B49对铁的依赖性及产氢途径初探

采用典型产氢途径的丁酸梭菌和阴沟肠杆菌作为对比菌株,铁元素作为限制性因子,研究Ethanoligenens sp.B49的产氢代谢过程对铁的依赖性以及产氢机制.铁限制性培养结果表明,与完全培养条件相比,在铁浓度限制在2 mg·L-1条件下B49仍保持很好的生长状态和产氢性能,其产氢不受铁元素不足的影响,即其产氢行为不具有铁依赖性;这一性质与梭菌型产氢途径的丁酸梭菌表现出相似的规律,完全区别于阴沟肠杆菌铁依赖型的产氢机制.初步判断高效产氢菌B49的产氢代谢途径类似于梭菌型产氢途径.     

Degradation of phenol in an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor at ambient temperature

IntroductionPhenolistherawmaterialforthecommercialproductionofawidevarietyofresins ,includingphenolicresinsasconstructionmaterialsforautomobilesandappliances,expoxyresinsasadhesives ,andpolyamideforvariousapplications.Inaddition ,phenolsareoftenfoundinwas…     

1株转座子插入突变菌株TB34的筛选及产氢分析

以分离自红树林污泥的厌氧发酵产氢细菌Pantoea agglomerans BH18为出发菌株,利用转座子Tn7构建突变体文库.通过卡那霉素抗性筛选与PCR扩增,鉴定转座子插入突变菌株.通过初筛和复筛,获得1株突变菌TB34,其产氢量较野生菌株明显提高.在初始pH为7.0和葡萄糖浓度10 g.L-1的海水培养条件下,产氢量(H2/葡萄糖)为(2.04±0.04)mol.mol-1,相比野生菌株产氢量提高43%.经过5次连续传代培养,突变菌株TB34表现出稳定的产氢特性.测定突变菌株TB34在不同碳源培养条件下的产氢量.结果表明,突变菌株TB34和野生菌株BH18都能利用蔗糖、葡萄糖和果糖发酵产氢.与野生菌株BH18不同,突变菌株TB34在以木糖为底物培养条件下仍能够发酵产氢,产氢量(H2/木糖)为(1.34±0.09)mol.mol-1,扩大了底物利用范围.     

温榆河中硝化和反硝化基因的Real-time PCR定量

以温榆河为研究对象,采用real-time PCR研究了温榆河不同断面水样和沉积物样品中TB(总细菌)、硝化和反硝化(nosZ和narG)基因数量的变化. 水样中TB基因数量在丰水期为1.05×109~7.38×1011 copies/L,枯水期为1.06×109~2.69×1012 copies/L;氨氧化细菌(AOB)基因数量在丰水期和枯水期分别为nd(未检出)~4.11×108和nd~1.15×109 copies/L. nosZ和narG基因数量在丰水期分别为nd~2.37×108和3.61×108~1.13×1010 copies/L,枯水期分别为2.0×106~3.04×109和nd~1.39×1010copies/L. 枯水期沉积物样品中TB基因数量为1.35×109~7.32×1010 copies/g,nosZ基因数量为nd~1.06×107 copies/g,narG基因数量为1.99×107~1.02×108 copies/g. 枯水期TB基因数量略高于丰水期,枯水期水样中ρ(NH₄+-N)较高导致其AOB基因数量要远高于丰水期,nosZ和narG基因数量并没有明显的水期变化. 相关分析表明,沉积物样品中微生物基因数量与水样中微生物基因数量不相关,而是水质变化长期作用的结果. 冗余度分析表明,丰水期和枯水期水样中影响微生物基因数量的主要环境因子不同,丰水期微生物基因数量是温度、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₂--N)、ρ(NO₃--N)等共同作用的结果,而温度和ρ(COD_Cr)对枯水期微生物基因数量影响显著.      

Degradation of phenol in an upflow anaerobic sludge blanket(UASB) reactor at ambient temperatureKE

A synthetic wastewater containing phenol as sole substrate was treated in a 2.8 L upflow anaerobic sludge blanket(UASB) reactor at ambient temperature. The operation conditions and phenol removal efficiency were discussed, microbial population in the UASB sludge was identified based on DNA cloning, and pathway of anaerobic phenol degradation was proposed. Phenol in wastewater was degraded in an UASB reactor at loading rate up to 18 gCOD/(L·d), With a 1:1 recycle ratio, at 26(1℃, pH 7.0-7.5. An UASB reactor was able to remove 99% of phenol up to 1226 mg/L in wastewater with 24 h of hydraulic retention time(HRT). For HRT below 24 h, phenol degradation efficiency decreased with HRT, from 95.4% at 16 h to 93.8% at 12 h. It further deteriorated to 88.5% when HRT reached 8 h. When the concentration of influent phenol of the reactor was 1260 mg/L(corresponding COD 3000 mg/L), with the HRT decreasing(from 40 h to 4 h, corresponding COD loading increasing), the biomass yields tended to increase from 0.265 to 3.08 g/(L·d). While at 12 h of HRT, the biomass yield was lower. When HRT was 12 h, the methane yield was 0.308 L/(gCOD removed), which was the highest. Throughout the study, phenol was the sole organic substrate. The effluent contained only residual phenol without any detectable intermediates, such as benzoate, 4-hydrobenzoate or volatile fatty acids(VFAs). Based on DNA cloning analysis, the sludge was composed of five groups of microorganisms. Desulfotomaculum and Clostridium were likely responsible for the conversion of phenol to benzoate, which was further degraded by Syntrophus to acetate and H2/CO2. Methanogens lastly converted acetate and H2/CO2 to methane. The role of epsilon-Proteobacteria was, however, unsure.     

不同底物种类对厌氧发酵产氢的影响

在批式培养试验中以人工配置的废水为原料,以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源,通过厌氧生物发酵制备生物氢气,研究了不同底物葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、木糖、乳糖对产氢能力的影响,以及生物制氢发酵过程中液相组成的变化,并对产氢动力学和细菌生长动力学进行了分析.结果表明,5种底物中最佳的底物是葡萄糖,氢气含量、累积产氢量和氢气产量最高可达到49.52%、67.21 L/mol、3.23 mol/mol.发酵产氢代谢产物以丁酸和乙酸为主,乙酸的含量占到26.76%～40.49%,丁酸的含量占到37.60%-58.07%.并含有部分丙酸和乙醇,属于丁酸型发酵.丁酸/乙酸比值可作为衡量氢气产生效率的一个指标,比值越大产氢量越高.实验中氧化还原电位均在-300 mV以下,以厌氧为主.Gompertz模型能够很好地拟合其产氢过程和产氢菌生长过程.     

水系沉积物中痕量铈、铅快速同时测定的荧光分析法研究

在研究氯化钾介质中铈(Ⅲ)、铅(Ⅱ)的荧光性质基础上,提出了快速测定铈、铅的荧光分析法。在实验条件下,用262．5nm紫外光激发,以120nm／min扫描300～520nm的发射光谱。其在352．4nm处峰高与2．0×10－8～2．0×10－6mol／LCe3－,在485．0nm处峰高与4．0×10－7～1．0×10－5mol／LPb2－,存在线性关系。该法用于标准水系沉积物分析,结果与标准值无显著性差异。Ce￣(3＋)和Pb￣(2＋)的检出限分别为1．5×10－8和2．0×10－7mol／L。      

Continuous biohydrogen production from diluted molasses in an anaerobic contact reactor

An anaerobic contact reactor (ACR) system comprising a continuous flow stirred tank reactor (CSTR) with settler to decouple the hydraulic retention time (HRT) from solids retention time (SRT) was developed for fermentative hydrogen production from diluted molasses by mixed microbial cultures. The ACR was operated at various volumetric loading rates (VLRs) of 20–44 kgCOD·m⁻³·d⁻¹ with constant HRT of 6 h under mesophilic conditions of 35°C. The SRT was maintained at about 46–50 h in the system. At the initial VLR of 20 kgCOD·m⁻³·d⁻¹, the hydrogen production rate dropped from 22.6 to 1.58 L·d⁻¹ as the hydrogen was consumed by the hydrogentrophic methanogen. After increasing the VLR to 28 kgCOD·m⁻³·d⁻¹ and discharging the sludge for 6 consecutive times, the hydrogentrophic methanogens were eliminated, and the hydrogen content reached 36.4%. As the VLR was increased to 44 kgCOD·m⁻³·d⁻¹, the hydrogen production rate and hydrogen yield increased to 42.1 L·d⁻¹ and 1.40 mol H₂·molglucose-consumed-1, respectively. The results showed that a stable ethanoltype fermentation that favored hydrogen production in the reactor was thus established with the sludge loading rate (SLR) of 2.0–2.5 kgCOD·kgMLVSS⁻¹·d⁻¹. It was found that the ethanol increased more than other liquid fermentation products, and the ethanol/acetic acid (mol/mol) ratio increased from 1.27 to 2.45 when the VLR increased from 28 to 44 kgCOD·m⁻³·d⁻¹, whereas the hydrogen composition decreased from 40.4% to 36.4%. The results suggested that the anaerobic contact reactor was a promising bioprocess for fermentative hydrogen production.