水绵发酵产乙醇工艺构建及条件优化

水绵干燥样中含有大量的淀粉、纤维素等碳水化合物,利用水绵制备生物乙醇,不仅可以拓宽生物乙醇的原料来源,还可以缓解水体富营养化现象。对水绵干燥样成分进行分析后,通过自行构建的水绵发酵产乙醇工艺,考察了预处理混合物中稀硫酸用量、纤维素酶用量、预水解时间、预水解温度、发酵时间和发酵温度对产乙醇浓度的影响;利用响应面中心组合设计法和响应面分析法,得到了水绵发酵产乙醇工艺参数的回归模型,并在回归模型预测出的优化条件下进行了放大倍数的产乙醇试验,采用Logistic模型基于1st Opt软件,得到能描述水绵发酵产乙醇全过程的分段优化模型。试验结果表明:水绵干燥样中淀粉、纤维素等碳水化合物约占水绵干重的67.53%,水绵发酵产乙醇具有巨大的潜力;最佳产乙醇条件为纤维素酶(10万u/g)与水绵干燥样的投加质量比1∶1、预水解温度50℃、预水解时间50 min、发酵温度40℃,产物乙醇的最佳浓度可达5.61 g/L,以原料计算的乙醇得率为28.1%(g/g);在最佳产乙醇条件下,最大乙醇浓度为5.715 8 g/L,最大乙醇产生速率为0.691 9 g/[g/(L·h)]。该结果对水绵发酵产乙醇工艺参数的选择及对产乙醇全过程的调控具有指导意义。     

降解炼油废水菌株0297发酵条件的研究

对筛选出的一株降解炼油废水的短状杆菌的发酵培养基组成(碳源,氮源及无机盐)和工艺条件(发酵温度,装液量)进行了单因素试验和正交优化试验,在不降低菌株降解性能的情况下,确定了发酵培养基组成:玉米粉0.4%,豆饼粉0.5%,MgSO4.7H2O0.4%,炼油废水50mL/100mL;最适发酵培养温度为35℃,最佳培养初始pH为5.5￣6.5,在250mL三角瓶中装40mL培养基,在145r/min摇床培养16h,发酵液中菌体浓度超过1010个/mL。     

金属离子对青霉素菌渣厌氧发酵产气模型分析

为比较响应面法与反向传播神经网络法在厌氧发酵过程中的应用效果,以青霉素菌渣为原料,通过单因素和Box-Behnken法设计试验,在发酵体系中添加不同量的Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺,以确定其对青霉素菌渣厌氧产气性能的影响.结果表明,Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺单一最佳添加量为：500mg/L、30mg/L、0.3mg/L,产沼气量较对照分别提高了：102.18%、45.48%、60.12%.其促进作用随添加浓度增大呈现：弱-强-弱趋势.使用响应面法及反向传播神经网络法对金属离子添加量进行建模优化,并使用批式厌氧发酵进行验证.响应面法建模预测Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为：440.94mg/L、16.22mg/L、0.39mg/L,预测累积产沼气量为1314.49mL,R²=0.972,试验与验证相对误差为4.65%;反向传播神经网络法建模Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为495mg/L、21mg/L、0.5mg/L,预测产沼气量为1551.55mL,R²=0.991,试验与验证相对误差为0.47%.反向传播神经网络法建模具有更好的拟合效果且与验证试验误差小,是一种更有效的仿真方法.说明该方法在优化厌氧发酵金属离子添加具有应用潜力,同时也为厌氧发酵条件优化提供新思路.     

利用响应面法优化生物淋滤飞灰处理条件的研究

利用响应面法进行试验设计,选定蔗糖初始浓度、黑曲霉孢子浓度、投加的飞灰浓度以及飞灰投加时间作为影响因素,对生物淋滤城市生活垃圾焚烧飞灰的处理条件进行优化.通过响应面法,得到飞灰中Cd、Cr、Fe、Mn、Zn及重金属总量与4种因素之间的非线性回归方程,确定了生物淋滤的最适条件范围:蔗糖初始浓度为114~126g/L;黑曲霉孢子浓度为(1.6~2.1)×107个/mL;飞灰浓度为29~39g/L;飞灰投加时间为3.6~4.4d.在最适条件下,70g/L飞灰经20d生物淋滤后,溶出重金属总浓度降为901mg/L,占飞灰中重金属总量的41%,处理后飞灰的重金属浸出毒性远低于国家标准.     

微囊化生物流化床降解对氯甲苯的性能优化

在生物流化床中接入微囊化菌株ycsd01,形成微囊化生物流化床。分别考察装液量、水力停留时间(HRT)、微胶囊接种量、对氯甲苯初始浓度、降解温度和降解pH值对流化床降解对氯甲苯的影响,用响应面法进一步获得了微囊化生物流化床处理对氯甲苯的最佳工艺条件。含菌微胶囊降解对氯甲苯的适宜条件为:装液量为10 L,HRT为72 h,微胶囊接种量为10%~15%,对氯甲苯初始浓度为120 mg/L,降解温度为30~35℃,降解pH值为7.0。响应面优化所得的最佳工艺条件为:pH=7.1,对氯甲苯初始浓度120.36 mg/L和微胶囊接种量11.24%,预测对氯甲苯的降解率达85.32%。     

类芽孢杆菌产絮凝多糖发酵条件优化及成分分析

为提高微生物絮凝多糖的产量,应用响应面方法对一株高效产絮菌株A9〔类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)〕发酵产絮凝多糖的影响因素进行分析. 结果表明:①根据P-B(Plackett-Burman)法确定,影响A9产絮凝多糖的显著因子为装瓶量、ρ(MgSO₄·7H₂O)和ρ(可溶性淀粉);②通过Box-Behnken试验设计及响应面分析,确定了优化的培养基组成与培养条件,在ρ(可溶性淀粉)为17g/L,ρ(酵母膏)为3.0g/L,ρ(K₂HPO₄)为6g/L,ρ(MgSO₄·7H₂O)为0.2g/L,ρ(NaCl)为0.10g/L,装瓶量为51mL(250mL锥形瓶),pH为8的优化条件下,絮凝多糖实际产量为2.49g/L,与理论预测值(2.50g/L)接近;③利用红外光谱法检测A9产絮凝多糖的特征基团分别为—OH、—COO-、—C—O—C—和—NHCOCH₃等极性基团;④结合A9对不同碳源利用的单因素试验结果,推测A9产絮凝多糖的主要成分分别为含有α-吡喃型糖苷键的甘露糖和葡萄糖、酸性多糖和乙酰氨基多糖等.      

秸秆发酵产氢的影响因素研究

以加热预处理的厌氧活性污泥为接种物,以秸秆（稻草、麦杆）为发酵底物进行微生物产氢实验,研究了不同秸秆粒径、纤维素酶用量、预处理方法、发酵液pH值对秸秆发酵产氢速率以及产氢气量的影响.其中颗粒粒径为170 μm的稻草经过NaOH预处理,按照底物与纤维素酶用量1∶1的比例酶解,进而发酵产氢的单位总产氢量为90.5 mL/g,最大单位产氢速率为0.58 mL/(h·g).     

偏肿拟栓菌共代谢降解芘条件的优化

为提高中国东北土著白腐真菌偏肿拟栓菌(Pseudotrametes gibbosa)对高分子量多环芳烃芘的共代谢降解效果,通过正交试验研究了共代谢基质、接种量、装液量及2,2￠-连氮-二(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS)的最佳配比,同时采用浓度梯度法考察芘的初始浓度对偏肿拟栓菌共代谢降解芘的影响.结果表明,偏肿拟栓菌Pseudotrametes gibbosa共代谢降解芘的最佳培养基为:麸皮浓度为20g/L,接种量为3片直径为10mm的菌片,装液量为50mL,不加ABTS,在该培养条件下,酶活可达53.41U/mL,对芘的降解率达到88.8%.初始浓度小于10mg/L的芘对菌体产酶有一定的促进作用,大于10mg/L时抑制漆酶的分泌,同时菌体对初始浓度小于90mg/L芘的降解率在22.24%~93.54%之间.     

雌二醇降解菌Acinetobacter sp.DS1的筛选及降解条件优化

筛选并鉴定出1株雌激素降解菌Acinetobacter sp.命名为DS1,对DS1降解17β-雌二醇实验条件进行优化,使用响应面法(RSM)对降解过程中底物浓度、接种量、培养温度和p H值进行了分析,构建响应面模型,并对反应条件进行优化。优化最佳降解条件为:17β-雌二醇量5.10 mg/L;接种量7.5%;p H值8.7;温度27℃。并进行试验验证,结果接近,响应面模型可有效描述降解过程,为降解工程应用和设计提供技术参考。     

海洋费氏弧菌培养条件的研究

以本室保存的一株海洋费氏弧菌作为实验对象,采用单因素试验方法研究培养基起始pH值、盐浓度和摇瓶装液量等因素对菌株生长的影响,利用分光光度法测定其生长曲线,采用均匀设计方法,对该菌的培养基组分进行优化研究,确定其适合的生长条件,结果表明:当培养温度为30℃,通气量为180r/min时,该菌株在20h左右达到生长稳定期,对甘油的利用率要优于葡萄糖,盐浓度在5%以下时生长良好,最适装液量为60mL/250mL,培养液初始pH值为8.0。确定100mL培养基配方为:蛋白胨2g,酵母粉1.0g,氯化铵1.2g,氯化钠0.2g,磷酸二氢钾1.0g,此条件下可以得到最大的生物量。     

农作物秸秆废弃物厌氧发酵生物制氢的研究

文章报道麦草秸秆水解-发酵两步耦合生物制氢的研究结果。在该研究条件下,麦草秸秆的产氢能力达到68.1mLH2/gTVS,与未经处理的底物相比提高了约135倍。此外,对麦草秸秆的产氢机理也进行了探讨。     

正交实验选择嗜碱细菌降解木质素的最优综合培养条件

在复合碳源的碱性液体培养条件下(pH≈10.5),用正交实验法对影响嗜碱木质素降解细菌6号菌株降解木质素的7种单因素培养条件进行了优化.结果表明,第1碳源用量等单因素在不同程度上对6号菌株产生的木质素降解酶Laccase和MnP以及木质素降解率都有一定促进作用.正交实验表明,其中第1碳源用量和T-80用量是显著性的影响因素,7种单因素的最佳综合水平为:37℃静置培养10d、第1碳源(蔗糖)1g/L、氮源NH₄NO₃1.2g/L、培养基70ml/250ml锥形瓶、初始pH值10.6和第2碳源接种后第4d加入、添加0.3%的表面活性剂T-80.     

不同氮源对麦秆厌氧消化过程的影响

在中温[(35±1)℃]条件下,采用批式发酵方式,研究了不同氮源对麦秆厌氧消化过程的影响.结果表明,不添加氮源时,麦秆挥发性固体(VS)产气量为323.97mL/g,甲烷含量为64.38%;厌氧发酵后发酵液中各形态氮含量均大幅增加,发酵液中的氮以铵态氮和有机氮为主;发酵后的麦秆中木质素含量增加,纤维素结晶区受到一定程度的破坏.添加氮源提高了微生物的活性,产气速率大幅提高,VS产气量提高了35.37%~50.20%,但对甲烷含量的影响不大.除硝酸钾外,添加氮源的各处理发酵液中均以铵态氮为主,占总氮的70%以上,添加硝酸钾的处理最低,仅为54.60%,均远高于对照的38.49%.添加氮源及不同氮源对发酵液中硝态氮含量的影响不大;添加氮源促进了微生物对麦秆中纤维素和半纤维的破坏,但对纤维素结晶区的影响不大.在各种氮源中,以添加尿素的效果最好.     

小麦秸秆对Cr(Ⅵ)的吸附特性及动力学、热力学分析

为实现农业废料资源化,解决含铬废水的污染问题,研究了小麦秸秆对Cr(Ⅵ)的吸附性能.试验考察了pH,小麦秸秆投加量,温度和初始ρ〔Cr(Ⅵ)〕对吸附活性的影响,进而确定了小麦秸秆去除Cr(Ⅵ)的最优条件.结果表明:当pH=1.0,温度为50 ℃,固液比为40 g/L时,小麦秸秆对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳.在pH=1.0,温度为30 ℃,固液比为4 g/L的条件下,初始ρ〔Cr(Ⅵ)〕分别为50,100和150 mg/L时,吸附6 h达到平衡,饱和吸附量分别为6.281,11.942 和13.981 mg/g.吸附动力学反应符合准二级动力学方程.吸附热力学反应符合Langmuir吸附等温方程.结合FTIR谱图和SEM结果,推断小麦秸秆对Cr(Ⅵ)的吸附过程以化学吸附为主.      

油菜秸杆外壳对水溶液中六价铬的吸附作用

为探讨油菜秸秆外壳去除水溶液中重金属铬的可能性及其影响因素,并研究其吸附性能和吸附机制.采用Box-Behnken Design实验设计研究了水溶液中六价铬[Cr(VI)]初始浓度、pH值范围、油菜秸秆外壳添加量和吸附温度4个因素对油菜秸秆外壳去除溶液中Cr(VI)的影响作用;用吸附等温方程、吸附动力学方程与热力学方程分别探讨了油菜秸秆外壳去除水溶液中Cr(VI)的行为;采用红外光谱技术对油菜秸秆外壳吸附水溶液Cr(VI)前后进行表征,探讨其吸附机制.油菜秸秆外壳去除溶液中Cr(VI)的最佳条件组合为:在吸附时间为1440min时,Cr(VI)初始浓度为99.15mg/L、pH值为1.01、油菜秸秆外壳添加量为2.90g/L和吸附温度35.70℃,Cr(VI)去除率为91.97%;吸附等温线拟合,吸附Cr(VI)行为符合Freundlich方程,为优惠吸附;热力学研究表明:溶液中Cr(VI)吸附属吸热反应,且为自发吸附行为;吸附动力学显示:油菜秸秆外壳去除溶液Cr(VI)符合准二阶动力学方程,吸附过程中存在离子交换;红外光谱提示:吸附过程中,O—H、C—H、NH3+、N—H和C—O基团与Cr(VI) 络合吸附发挥了重要作用.油菜秸秆外壳能够有效吸附水溶液中的Cr(VI),pH值是最为重要的影响因素.     

水稻秸秆厌氧发酵制氢技术研究

以水稻秸秆为研究原料,用牛粪为接种物,采用稀硫酸预处理方法来提高秸秆纤维素的降解率,从而提高其发酵产氢的能力,并且进一步考察了发酵初始pH、发酵温度、牛粪与秸秆的质量比和底物浓度四个条件对发酵产氢的影响。实验结果表明:在接种100g/L牛粪的条件下,以1.8%的硫酸加热30min预处理秸秆产氢效果最佳,为19.64mL/gTS,是未经过预处理的秸秆产氢量(0.1mL/gTS)的196倍,粗纤维含量由未处理前的36.7%下降到酸处理后的31.5%。在pH8.0、温度为37℃、牛粪与秸秆质量比为2.5∶1、底物浓度为50g/L时的产氢效果最好,累计产氢量为29.14mL/gTS,此时生物气中没有检测到甲烷气体,氢气浓度达到63.88%。     

碱处理对秸秆厌氧消化的影响

为减少秸秆碱处理的碱用量,提高秸秆的产气量,从产气量、XRD和FTIR等角度对碱预处理与后处理进行了初步比较,并对碱处理前后秸秆浸提液的理化性质以及秸秆的物质结构变化进行了分析.结果表明,秸秆经5%NaOH处理48 h后,细胞中的有机物大量溶出,COD、TN、NO 3--N和NH 4+-N分别从2 311.11、175.40、5.02和117.82 mg/L增至10 488.89、417.84、248.64和141.44 mg/L,表明碱处理不仅破坏木质纤维结构,还破坏核酸、氨基酸等含氮物的结构,将其中的氮以NO 3--N和NH 4+-N的形式释放出来;碱处理破坏了秸秆木质素结构,木质素含量降低,但纤维素的相对结晶度增加,从0.592 3增加到0.662 2.厌氧消化的结果显示,秸秆预处理与后处理的产气能力相当,单位TS产气量分别为382.32 mL/g和375.84 mL/g,较对照分别提高了28.13%和25.96%,但后处理的碱用量仅为预处理的50%;厌氧发酵后对照中的木质素含量增加,而预处理和后处理均降低,后处理对木质素的破坏效果更好;厌氧微生物可破坏纤维素的结晶区,后处理对纤维素结晶区和无定形区的破坏均强于预处理.     

改性柚皮粉对水中Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附

基于柚皮中富含纤维素、木质素、多糖等可与重金属发生络合、螯合作用的物质,将农林及生活废弃物柚子皮作为重金属离子的吸附剂。采用经NaOH改性的柚皮粉吸附水中Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)。考察了pH、吸附时间、改性柚皮粉用量以及Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)初始浓度等因素对吸附的影响,测定了吸附等温线,对等温吸附规律及动力学进行了探讨。结果表明,pH、吸附时间、改性柚皮粉用量、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)初始浓度等因素对吸附效果均有影响。吸附Cu(Ⅱ)的适宜条件为:pH5.4～5.5,吸附时间10min,改性柚皮粉用量0.2g/100mL,Cu(Ⅱ)初始浓度20～80mg/L。在该条件下,Cu(Ⅱ)去除率达95%以上。吸附Zn(Ⅱ)的适宜条件为:pH5.5～5.6,吸附时间60min,改性柚皮粉用量0.4g/100mL,Zn(Ⅱ)初始浓度小于80mg/L。在该条件下,Zn(Ⅱ)去除率达90%以上。等温吸附规律可用Freundlich和Langmuir模式较好地描述,吸附呈单分层形式,吸附性能良好。吸附动力学规律符合准一级、准二级和Elovich动力学模型。     

生物表面活性剂在农业废物好氧堆肥中的应用

以稻草秸秆和麸皮为堆肥原料,本实验室制取的鼠李糖脂为促进剂,进行了控温条件下堆肥一次发酵的实验研究.堆肥采用好氧静态堆肥技术,含水率控制在60%～70%,通气量采用时间控制方式,发酵周期18d.实验分析了堆肥过程中有机质、pH值、水溶性有机碳、微生物种群密度、半纤维素酶活、羧甲基纤维素酶活、半纤维素和纤维素含量等指标随时间的变化特征.实验结果表明,堆肥过程中,实验组的有机质降解率比对照样高13.4%,水溶性有机碳的平均含量提高了2.2g/kg,同时半纤维素和纤维素的降解率分别增加了5.7%、10.7%.研究表明,添加鼠李糖脂能够改善堆肥处理的微环境,增强聚合物的水合程度,促进有机质降解,从而加快堆肥进程,提高堆肥产品品质.