餐厨垃圾乳酸发酵技术的研究进展

餐厨垃圾产量巨大且有机物含量丰富,易被微生物分解利用。乳酸是餐厨垃圾发酵处理后的重要产物,亦是食品、医药、酿酒等行业的重要原料。系统介绍了餐厨垃圾发酵产乳酸的微生物菌种、多物料混合发酵及原位分离耦合发酵,以及该研究领域的新进展。针对该技术的应用现状及不足,指出现阶段应关注高产抗污染的产乳酸工程菌的选育、原位分离-耦合乳酸发酵、生物强化发酵等关键技术的开发和突破。突破这些瓶颈可使餐厨垃圾发酵原料产乳酸技术更加经济可行,更易实现产业化推广。     

基于PEG/DEX双水相体系的餐厨垃圾乳酸发酵

利用聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(DEX)双水相体系分离餐厨垃圾发酵产物乳酸,分析了聚合物浓度和分子量的影响,以及餐厨垃圾多批次连续发酵时乳酸产率。实验结果表明,PEG/DEX双水相体系对乳酸菌生长影响不大,PEG和DEX浓度变化对乳酸产率、相体积比无显著影响;当DEX分子量由20 000升至40 000,乳酸生成速率由0.631 g/(L.h)降至0.518 g/(L.h),乳酸浓度由33 g/L降至22 g/L。多批次餐厨垃圾连续发酵可极大缩短发酵时间,在不投加缓冲剂的情况下,单批次乳酸产率仍大于0.30 g/g,累积产率大于0.45 g/g。     

垃圾堆放发酵机理与应用工艺研究

对垃圾的发酵机理进行了实验研究,对渗沥液的析出量及其酸碱度、堆酵后垃圾热值的变化以及堆内温度的变化进行了观测,并对堆酵过程的机理进行了初步分析,给出了垃圾堆酵应用工艺的建议。     

Cu2+对有机废物联合发酵产乳酸的影响

利用剩余污泥和厨余垃圾2种有机废物联合发酵,研究了在pH 7.0,温度为35℃,Cu2+投加量分别为0、20、40和100 mg·L-1时,乳酸的含量及其手性的变化规律。同时,探讨联合发酵过程中多糖、蛋白质、氨氮、VFA和pH与乳酸的变化关系。结果表明Cu2+在低浓度时可以促进乳酸的产生：当投加量为20 mg·L-1,发酵第3天总乳酸最高浓度为23.22 g·L-1,较空白提高了77.06%,其中L-及D-乳酸浓度分别达到6.95 g·L-1和16.27 g·L-1。随着Cu2+含量继续提高,总乳酸产量随之下降：在Cu2+100 mg·L-1时,乳酸最高浓度下降至16.55 g·L-1,获得最高值的发酵时间滞后至第6 天。响应面分析表明,发酵体系中D-乳酸的光学纯度随Cu2+投加量整体呈上升趋势。深入研究发现,适量Cu2+在厌氧发酵体系过程中促进了多糖和蛋白质的溶出水解速度,从而提高了酸化的发酵潜力。     

剩余污泥的乳酸化及减量化研究

近年来,污水处理产生的剩余污泥,导致的环境问题日趋突出.利用乳酸菌通过糖代谢可生成乳酸这一原理,探讨了污泥的减量化,并且使之一部分乳酸化实现全新的处理方法.对浓缩剩余污泥的稀释倍数、前处理温度等条件进行了分析,结果表明,在前处理120℃,污泥和水的混合比10.5,添加糖浓度50 mmol/L,发酵温度40℃,发酵时间5 d的条件下,达到SS减少35%,乳酸生成量17.5 g/L的效果.     

厨余垃圾短程发酵产物的性质及其反硝化性能

针对厨余垃圾的短程自由发酵过程,考察了不同初始固体浓度在60 h内对发酵过程和发酵产物的影响,结果表明,短程自由发酵是一种不完全的水解酸化过程,初始固体浓度为（13±0.5）%时有机酸（以COD计）产量最高（16.56 g·L-1）。短程发酵液是以碳水化合物为主,同时也包含了乳酸、乙酸、蛋白质和丁酸等的混合物碳源。发酵液的反硝化性能通过硝酸盐利用速率（NUR）实验来验证,结果表明COD/N=6是最优条件,该条件下的反硝化速率vDN=12.89 mg·（g·h）-1（以VSS计）和反硝化能力PDN=0.174 g·g-1（以COD计）,同时短程发酵液中快速降解有机物组分为58.35%。     

高蛋白含量餐厨垃圾水解真菌的筛选和应用

从足癣患者病灶部位分离及筛选出12株真菌,其中4株真菌在蛋白质培养基和淀粉水解培养基菌落水解圈 直径与菌落直径比(D/d) 表现突出。经ITS-5.8S rDNA鉴定分别为Tritirachium oryzae,Paecilomyces sp.,Aspergillus puniceus,Septoriella oudemansii。优化4株真菌的最适发酵温度,并选出优良菌株用于高蛋白含量餐厨垃圾(A)降解。液体发酵结果表明,温度和菌株对游离氨基氮和还原糖产量有显著影响,47 ℃为最适发酵温度,并且Aspergillus puniceus、Septoriella oudemansii显著优于其他真菌。因此,分别接种Aspergillus puniceus,Septoriella oudemansii以及Aspergillus puniceus和Septoriella oudemansii复合菌株到餐厨垃圾(B),预先进行固态发酵,5 d后进行液态发酵。24 h后发酵液中还原糖的浓度达到最大值,分别为12 080、9 832和13 123 mg·L-1,发酵108 h后游离氨基氮浓度达到最大值,分别为3 660、2 821和3 375 mg·L-1。研究表明,Aspergillus puniceus和Septoriella oudemansii复合菌株对还原糖产量有一定的促进作用,但是不利于游离氨基氮的产生。Aspergillus puniceus为最佳菌种,可以应用于高蛋白含量餐厨垃圾的生物降解和高附加值产品的开发等相关方面的研究。     

自动控制技术在垃圾渗滤液处理中的应用研究

在国内垃圾渗滤液处理工艺的基础上,对其自动控制系统进行研究.主要介绍了该自动控制技术的设计方法及应用实例,并对自动控制及手动控制运行进行了对比研究.研究结果表明,该自动控制技术能较好地适应水质波动大的垃圾渗滤液,同时较好地解决了设备的防腐蚀问题.     

垃圾渗滤液有机物浓度预测模型的建立及应用

在分析垃圾渗滤液有机物浓度变化规律的基础上,建立垃圾渗滤液有机物浓度预测模型,并通过模拟填埋实验求出模型参数.该模型预测值与实测值之间具有接近90%的相关性,表明模型预测值基本上反映了实测值的变化规律.同时,将此模型应用到广西南宁市城南垃圾填埋场坝下区,对坝下区垃圾渗滤液有机物浓度变化规律进行预测.结果表明,坝下区垃圾...     

污泥中氧化硫硫杆菌的分离及其应用效果

以硫粉为能源物质,采用Waksman液体培养基培养,然后以Waksman固体培养基平板接种法直接从污泥中分离出1株高度嗜酸的氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidan).该菌株适应环境速度快,易于驯化.序批式试验法研究表明,接种该菌株进行污泥生物淋滤可有效溶出污泥中的重金属.经过14 d的生物淋滤,Zn、Cu、Pb、Cr的最高去除率分别达到97%、96%、43%、44%.     

The effect of adaptation of Lactobacillus amylovorus to increasing concentrations of sweet potato starch on the production of lactic acid for its potential use in the treatment of cannery waste

Abstract

Lactobacillus amylovorus, an amylolytic species, was cultured in increasing concentrations of sweet potato starch to test the effect of this progressive acclimation on lactic acid production. This research is part of a project on the use of the waste stream from a sweet potato cannery to produce lactic acid. The media used for this acclimation was a modified version of the de Man, Rogosa and Sharpe medium, in which glucose was partially or totally substituted with sweet potato starch. The process was done in five steps, starting with 100% glucose in the first step and ending with 100% sweet potato starch in the last one. At each step, the effectiveness of the acclimation was tested by running fermentations with and without pH control for 62?h. The effect of the overall adaptation process was tested by comparing the growth and activity of the acclimated vs non-acclimated bacteria using sweet potato starch as the only source of carbohydrates. Growth and activity assessments indicated that L. amylovorus was able to ferment sweet potato starch into lactic acid. In most cases, pH control resulted in better substrate utilisation and larger amounts of lactic acid. In the comparison study, however, the adaptation process had a major influence on lactic acid production than the effect of pH. For 20?g L^–1 sweet potato starch media, adapted L. amylovorus under no pH control yielded 11.20?g L^–1 versus the non-adapted bacteria, which yielded 7.10?g L^–1. Under controlled pH conditions, 14.80 and 4.20?g L^–1 lactic acid were produced by adapted and non-adapted bacteria respectively.     

餐厨垃圾混菌发酵制备燃料乙醇

以校园餐厨垃圾为原料,利用根霉和枯草芽胞杆菌进行糖化预处理,再接种啤酒酵母发酵产乙醇。通过单因素实验,以乙醇产量为响应值,对发酵条件进行优化。实验结果表明:乙醇产量最佳的发酵条件为:当底料含水率为22.79%,啤酒酵母接种量为15%,30℃培养条件下,经过5 d发酵,乙醇产量最高可达到6.67%。选用餐厨垃圾丰富了燃料乙醇的取材途径,实现了原材料的多元化,采用微生物预降解原材料为实现高产乙醇奠定了基础。     

长链脂肪酸对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响

为研究中温条件下长链脂肪酸（LCFA）的含量及代谢对餐厨垃圾厌氧消化过程的影响,考察了LCFA添加量分别为0、0.6、1.2、1.8、2.4、3和3.6 g·L-1条件下产沼气量、累积甲烷产量以及代谢中间产物挥发性脂肪酸/乙醇的浓度和组成。结果表明：在中温餐厨垃圾厌氧产甲烷的过程中,虽然LCFA也能够被微生物代谢转化生成甲烷,但LCFA的存在会对产甲烷过程造成一定程度的抑制作用;当其含量较低时抑制作用较为微弱,当其含量较高（>2.4 g·L-1）时,甲烷产量及产甲烷速率都会受到较大影响;特别是当LCFA含量高于3.6 g·L-1时,体系出现较强的抑制现象。通过实验累积值与理论甲烷产率的对比可以发现,LCFA含量越高的反应器中实验累积值/理论值的比值越低,表明有机物的转化效率越低。通过对厌氧过程中间产物的检测可知,LCFA含量越多的反应器中初期累积的挥发性脂肪酸浓度越高,当反应体系的LCFA浓度超过2.4 g·L-1时,累积的乙酸和丙酸浓度较高,丙酸降解过程和乙酸代谢产甲烷的过程受到一定程度的延滞和抑制作用,降解速率低于正常水平,厌氧发酵的能力和效率受到影响。     

pH对蛋白类餐厨垃圾发酵产酸的影响

为了将蛋白类餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）用作强化生物除磷过程中的碳源,实现其资源化利用,考察了在35 ℃条件下,pH的改变对其产酸的影响。结果表明：将起始pH调节为碱性,VFAs的产量显著高于酸性,且随着发酵时间的增加,VFAs的产量也逐渐增加,在pH=10,第8天时达到最高值36 193 mg?L-1,此时是初始值的28倍。其中,乙酸占50.3%,其次为丙酸30.9%。同时发现,pH调节为碱性也有利于溶解性COD（SCOD）、溶解性蛋白质（SPN）和溶解性碳水化合物（SPS）的溶出;在pH=10,第3天时SCOD和SPN分别达到最大值135 680 mg?L-1和44 188 mg?L-1,此时是对照组的17倍和8倍。只有在强碱性条件下,SPN产量才明显提高。酸碱调节对SPS的溶出影响并不是太大,其在较短时间1 d内达到最大,然后减少并逐渐趋于稳定。通过分析可知,起始pH调节为强碱性有利于蛋白类餐厨垃圾的发酵产酸及有机质溶出的过程。     

电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

以小型生物电化学反应器为发酵装置,考察外加电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸（volatile fatty acids,VFA）产量的影响。实验结果表明,餐厨垃圾协同污泥厌氧发酵,有利于体系中蛋白质和糖类的溶解消耗,提高VFA的产量。0.5 V微电刺激可增强厌氧体系中微生物的活性,有利于VFA的产出。第144和192小时,外加0.5 V的实验组VFA浓度分别为24 342 mg·L-1和21 291 mg·L-1,高于其他实验组,较空白分别提高了30.8%和4.1%;其组成主要是乙酸、丙酸和戊酸。发酵进行第24 h和96 h时,0.5 V微电刺激厌氧发酵体系中溶解性糖类和溶解性蛋白质分别为722.4 mg·L-1和1.49 g·L-1,且有机物水解酸化过程中,厌氧体系内糖类先于蛋白质被消耗。     

含盐量对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响

在中温(35℃)和高温(55℃)条件下,研究了不同含盐量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%、5%)对餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中日产气量、累积产气量、总固体(TS)、挥发性固体(VS)、沼气成分的影响。结果表明,在中温和高温条件下,当含盐量为3%(质量分数)时累积产气量均达到最高值,分别为1 244、1 419mL。此时,TS、VS的去除率也最高,中温时的去除率分别为43.2%、45.6%,高温时的去除率分别为48.3%、50.9%。餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中沼气的甲烷含量逐渐升高,第28天时达到最高;含盐量为3%时中温和高温厌氧发酵条件下甲烷含量最高,分别为78.7%(体积分数,下同)、90.0%。     

不同好氧预处理方式对餐厨垃圾产甲烷的影响

为了研究不同好氧预处理方式对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响,通过建立3个模拟厌氧生物反应器,研究了传统厌氧生物反应器C1、上层好氧预处理-厌氧生物反应器C2和底部好氧预处理-厌氧生物反应器C3 3种不同操作条件下的产甲烷过程。结果表明,挥发性有机酸的累积使C1始终处于产甲烷滞后阶段;而C2、C3的好氧预处理通过加快易水解酸化组分和过量挥发性有机酸的好氧降解,有效缓解了酸性抑制,产甲烷滞后时间明显缩短至10 d内。第32天C2停止上层曝气后,在27 d内甲烷浓度达到了50%以上,同时,产甲烷速率迅速上升,并在第81天可达到峰值773 mL/(kg·d)。C3在第11天停止底部曝气后,虽然经过22 d的时间甲烷浓度即上升至50%,但之后产甲烷速率经历回落阶段后再次逐渐上升,在实验结束时仅达到517 mL/(kg·d)。上层曝气的好氧预处理方式所需曝气时间相对较长,但其产甲烷启动快,与底部曝气相比,其后期的甲烷化过程更稳定并可达到较高的产甲烷速率。