缓冲体系对厌氧发酵生物产氢的影响

为了研究碳酸盐和磷酸盐缓冲对于厌氧发酵从葡萄糖中制取H2的影响,将经过热处理的初级消化污泥接种到不同浓度碳酸盐和磷酸盐基质中进行厌氧发酵产氢实验.实验结果表明,碳酸盐和磷酸盐的缓冲对于厌氧发酵制氢有较大影响.当NaHCO3,浓度为4 g·L-1时,每1 mol葡萄糖的产氢量达到最大,最大值为1.68 mol,这比不加NaHCO3时的产氢量提高了282%.磷酸盐的浓度对于厌氧发酵产氢也有较大影响.在NaHCO3浓度为4 g·L-1,NaH2PO4·2H2O和K2HPO4·3H2O浓度均为500 mg·L-1时,葡萄糖的产氢率可达到1.94 mol·mo1-1,这比不加入磷酸盐时提高了56%.实验中产氢一般从接种后12 h开始,历时10 h左右结束,最大产氢速率可达到0.44 mol·h-1·mol-1·     

无机阴离子对类-Fenton反应的影响

对比研究了4种常见无机阴离子(ClO4-、NO3-、Cl-和SO42-)对类-Fenton 反应中H2O2分解和有机物(莠去津=2.1 μmol·L-1和苯酚=50μmol·L-1)降解的影响.实验在pH=3.00±0.05 (25℃) 条件下完全混合反应器中进行.结果表明,在类-Fenton 反应过程中,ClO4-和NO3- 的存在对H2O2分解和有机物降解几乎没有影响;在不存在有机物条件下,Cl-和SO42- 的加入使得H2O2分解速率显著降低,ClO4-≈NO3- Cl- SO42-;莠去津存在条件下,莠去津降解速率为ClO4-≈NO;C1'SO42-,而H2O2分解速率为ClO4-≈NO3-≈Cl- SO42-;苯酚存在条件下,苯酚和H2O2的降解速率为ClO4-≈NO3-≈SO42- Cl-.无机阴离子对类-Fenton反应的影响一方面是由于Cl-和SO42-与Fe3 发生络合反应,阻碍了Fe3 与H2O2络合物的形成,减少了·OH 的产生;另一方面Cl-和SO42-消耗·OH,形成较低氧化活性的无机自由基(SO4·-和Cl2·-);同时,根据类-Fenton 反应降解有机物的不同,无机阴离子对类-Fenton 反应的影响也有所不同.     

底物浓度对海洋暗发酵菌群产氢的影响

为研究底物浓度对海洋发酵菌群产氢过程的影响,海水养虾虾池底泥经热处理后作为产氢菌种,利用摇瓶发酵实验,研究不同蔗糖浓度(5、10、15、20、25和30 g/L)对产氢过程的影响。结果表明:底物浓度过高或过低都不利于产氢。当蔗糖浓度为20 g/L时,累积产氢量、产氢速率和底物转化效率最高,分别为(1 250±51)mL H2/L、(35.0±1.4)mL H2(/L·h)和(1.21±0.06)mol H2/mol蔗糖。发酵液终末pH值和底物消耗率与底物浓度呈反相关。利用PCR-DGGE技术分析产氢菌群,发现梭菌是所有底物浓度条件的优势菌种。因此,为保证产氢体系持续产氢,应控制底物浓度达到高效产氢的目的。     

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.     

纳米Fe0粒子对产乙烯脱卤菌群脱氯性能和多样性影响研究

为探讨纳米Fe0粒子对产乙烯脱卤菌群脱氯性能和物种多样性的影响,采用纳米Fe0粒子与产乙烯脱卤菌群联合脱氯,并通过气相色谱、PCR-DGGE和TEM等技术手段进行相关表征.结果表明:当纳米Fe0粒子浓度为0~0.50 g·L-1时,体系的脱氯速率提高较小,低于40%,且菌种数量无明显变化;当其浓度为0.50~1.00 g·L-1时,体系的脱氯速率由0.31μmol·h-1提高到0.77μmol·h-1,体系的脱氯速率提高了60%,部分DGGE条带消失,多样性减少.TEM结果显示,产乙烯脱卤拟球菌在与纳米Fe0粒子接触部位有轻度破损,但细胞没有破裂.纳米Fe0粒子浓度较高时对产乙烯脱卤菌群的脱氯有明显的促进作用,但会使产乙烯脱卤菌群物种多样性减少.     

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.      

生物表面活性剂产生菌犁头霉菌(Absidia orchidis)的筛选及发酵条件优化

采用植物油为唯一碳源,设计选择培养基,从饭店下水道污泥中筛选出生物表面活性剂产生菌.结果分离到12株菌,其中一株能使发酵液的表面张力值从68 mN·m-1降低到34.5 mN·m-1,具有开发潜力,被选出作进一步的研究.该菌株经鉴定为犁头霉菌(Absidia orchidis).通过正交试验对犁头霉菌的培养条件进行优化,其优化培养条件为:植物油3.6 g·L-1,KH2PO412.1 g·L-1,Na2HPO45 g·L-1,(NH4)2SO4 1 g·L-1,NaNO32 g·L-1,酵母浸膏0.1 g·L-1,MgSO4·7H2O 0.15 g·L-1,NaCl 5 g·L-1,CaCl2 0.1 g·L-1,EDTA 1 g·L-1,KI 0.83μg·L-1,H3PO4 0.01μg·L-1,CoCl2·6H2O 0.048μg·L-1,MnSO4·H2O 0.312μg·L-1,Na2 MoO4·2H2O 0.048μg·L-1,ZnCl2 0.287μg·L-1,CuSO4·5H2O 0.125μg·L-1,初始pH值8,接种量6%.发酵70h时可获得生物表面活性剂的最大收获量,此时发酵液中生物表面活性剂的相对浓度达402倍.     

混合碳源制备生物絮凝剂的絮凝效能及产量预测模型

为实现混合底物的高效定向转化,以产絮菌根癌农杆菌(Agrobactrium tumefaciens)F2为研究对象,考察不同单一碳源及不同初始浓度对菌体生长、絮凝效能及絮凝剂产量的变化规律,采用BP算法构建絮凝效能及产量预测神经网络.产絮菌F2利用葡萄糖时的絮凝效能和产量分别为88.98%和2.20 g·L-1,过低的初始浓度将影响产量,不低于7.5 g·L-1为佳.以D-(+)-葡萄糖、D-半乳糖和D-甘露糖3种单糖为混合碳源,构建网络结构为3-5-2的产絮效能及絮凝剂产量预测模型,对两个输出层的预测误差范围均在4%以内,预测葡萄糖、半乳糖、甘露糖浓度的最优解为6.59 g·L-1、1.32 g·L-1、3.57 g·L-1,经验证混合碳源发酵产絮可使絮凝效能和产量比单一葡萄糖发酵时分别提高6.87%和26.82%,本文为产絮菌F2利用含糖有机质废液发酵产絮凝剂提供数据参考.     

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.     

利用巨藻发酵联产氢气与挥发性有机酸的研究

通过批式实验探讨了巨藻生物质厌氧发酵过程中巨藻的预处理方法、接种比、初始p H值等条件对累积产氢和挥发性脂肪酸(VFA)的影响,结果发现,巨藻可以用来发酵联产氢气与VFA;热碱预处理比较适于巨藻发酵产氢与产酸,在4 g·L-1的Na OH和100℃处理后,接种比为0.3,初始p H值为6时,单位挥发性固体(VS)最大累积产氢量可达到36.21 m L·g-1,比未经处理巨藻提高了77.82%;同时,巨藻在最佳的预处理条件下单位VS的总挥发性脂肪酸TVFA的产率为0.15 g·g-1,且以乙酸和丁酸为主.     

鹅掌柴对室内空气的净化作用研究

为探讨鹅掌柴对室内空气的净化作用,对鹅掌柴在不同CO2浓度下的光响应曲线进行测定与分析.结果表明:(1)在光合有效辐射为0～1 200 μmol·m-2·s-1范围内,当CO2浓度为1 200 μmol·mol-1时,鹅掌柴的Pn值最大,CO2浓度800 μmol·mol-1时,Pn值最低, 在光强1 200～2 000 μmol·m-2·s-1范围内,CO2浓度为1 200 μmol·mol-1时,鹅掌柴的Pn值最大,在CO2浓度400 μmol·mol-1时,Pn值最低;(2)当光强为0～1 200 μmol·m-2·s-1,CO2浓度为400 μmol·mol-1时,鹅掌柴的Tr最大,在CO2浓度为800 μmol·mol-1时,Tr值最小值,当光强为1 200～2 000 μmol·m-2·s-1时,鹅掌柴的Tr在CO2浓度1 200 μmol·mol-1时达到最大值,在CO2浓度400 μmol·mol-1时达到最小值.鹅掌柴的Gs和Ci出现与此类似的趋势.这表明在不同光合有效辐射范围内,鹅掌柴的净光合速率和蒸腾速率相对环境CO2的改变会有不同的适应能力.     

厌氧条件下序批式间歇反应系统与完全混合反应系统对氢分压的影响

研究了在厌氧条件下以葡萄糖为基质的序批式间歇反应系统(ASBR)与完全混合反应系统(CSTR)中氢分压的变化.结果表明,在完全混合反应系统中,微生物中糖原含量保持在142.52mg.g-1(以VSS计),氢分压稳定在291.3Pa,最大氢利用速率为0.703g.g-.1d-1.在序批间歇反应系统中,当进水结束时,50.17%的葡萄糖转化为糖原储存在细胞体内,氢分压达到最大为14.3Pa;当反应结束时,微生物细胞中储存的糖原被完全代谢,氢分压降至最低,为3.5Pa,反应器中污泥最大氢利用速率为1.719g.g-.1d-1.序批式反应器氢利用速率较大及糖原储存的存在,降低了系统的氢分压,保证了厌氧系统的高效、稳定的运行.     

改性松果粉对罗丹明B染料废水的吸附性能研究

将天然松果粉分别用乙二胺四乙酸(EDTA)、硫酸、氢氧化钠进行改性,以改性松果粉为吸附剂,探究了不同pH、投加量、吸附时间对罗丹明B吸附性能的影响.实验结果表明,经硫酸改性的松果粉对罗丹明B染料废水的最佳吸附条件为:硫酸质量浓度为2 mol·L-1,pH为6,罗丹明B初始质量浓度50 mg·L-1,吸附剂投加量4 g·L-1,吸附时间150 min,此条件下脱色率达到97.72%,吸附量达到12.22 mg·g-1.吸附动力学研究表明,此吸附过程符合准二级动力学方程,属于化学吸附.     

γ辐照和H2O2联合作用下五氯酚(PCP)的降解

研究了水溶液中的五氯酚(PCP)在γ辐照和过氧化氢(H2O2)联合作用下的降解.PCP的初始浓度为27.7 mg·L-1,外加H2O2的初始浓度为0、50和100 mg·L-1.结果表明,PCP在不同条件下的辐照降解符合准一级动力学方程.当外加H2O2的初始浓度在0～100 mg·L-1时,PCP的去除率、矿化率和脱氯...     

Effect of illumination on the hydrogen-production capability of anaerobic activated sludge

To investigate the influence of illumination on the fermentative hydrogen production system, the hydrogen production efficiencies of two kinds of anaerobic activated sludge (floc and granule) from an anaerobic baffled reactor were detected under visible light, dark and light-dark, respectively. The 10 mL floc sludge or granular sludge was respectively inoculated to 100 mL diluted molasses (chemical oxygen demand of 8000 mg·L⁻¹) in a 250 mL serum bottle, and cultured for 24 h at 37°C under different illumination conditions. The results showed that the floc was more sensitive to illumination than the granule. A hydrogen yield of 19.8 mL was obtained in the dark with a specific hydrogen production rate of 3.52 mol·kg⁻¹MLVSS·d⁻¹ (floc), which was the highest among the three illumination conditions. Under dark condition, the hydrogen yield of floc sludge reached the highest with the specific hydrogen production rate of 3.52 mol·kg⁻¹MLVSS·d⁻¹, and under light-dark, light, the specific hydrogen production rate was 3.11 and 2.21 mol·kg⁻¹MLVSS·d⁻¹, respectively. The results demonstrated that the illumination may affect the dehydrogenase activity of sludge as well as the activity of hydrogen-producing acetogens and then impact hydrogen production capacity.     

Fe和Fe2+对混合细菌产氢发酵的影响

在研究Fe粉剂量和Fe²⁺浓度对混合细菌产氢发酵的影响基础上,确定Fe和Fe²⁺促进混合细菌产氢能力的最佳阈值,并对乙醇型发酵菌群在不同Fe粉和Fe²⁺浓度下的产氢量和最大比产氢速率进行考察和对比.结果表明,Fe粉和Fe²⁺对乙醇型发酵菌群的产氢能力均有明显的促进作用.以葡萄糖为底物,投加Fe²⁺试验中,Fe²⁺浓度200mg/L获得最大产氢量143.7mL/g,较对照组提高32%;Fe²⁺浓度50mg/L获得单位VSS最大比产氢速率21.2 mL/(h·g),较对照组提高33%.投加单质Fe试验中,Fe粉剂量1000mg/L获得最大产氢量156.1mL/g,较对照组提高44%;Fe粉剂量500mg/L获得单位VSS最大比产氢速率23.5mL/(h·g),较对照组分别提高47%.单质Fe浓度高于50mg/L时,对发酵菌群产氢的促进作用要优于同浓度下的Fe²⁺.同时对混合细菌中铁的全量和形态分布进行了考察.     

莠去津降解菌HB-5的最佳产酶培养基及发酵条件

从农药厂废水中分离到一株降解莠去滓的节杆菌(Arthrobacter sp.)HB-5,以从该菌中提取到的降解酶对莠去津的降解率为指标,进行最佳产酶培养基及发酵条件的优化研究,对其产酶量进行了评价.通过正交试验和均匀试验,对细菌HB-5的发酵培养基进行了优化研究.运用SAS软件进行结果分析,所获优化培养基配方为:蔗糖3.0g·L-1,莠去津0.38g·L-1,K2HPO40.5g·L-1,KH2PO41.2 g·L-1,MgSO4·7H2O 1.2g·L-1,NaCl 0.1g·L-1,微量元素溶液3.8mL·L-1.得到菌株培养的最佳优化条件为:菌株发酵液培养时间为48h.接种量为2%,发酵液初始pH值为9,250mL三角瓶中装液量为80mL经优化后,降解酶对莠去津的降解率(91.64%)比原培养基(40.67%)提高了125%.     

沈阳卫工河水中多环芳烃的分布、来源及生态风险初步评价

卫工河水中6月(夏季)16种多环芳烃的含量为0.244～2.038μg·L-1,平均为0.768μg·L-1;9月(秋季)水中总多环芳烃(TPAHs)含量为0.503～0.989μg·L-1,平均0.761μg·L-1;11月(冬季)多环芳烃的含量为0.229～0.427μg·L-1,平均含量为0.346μg·L-1。个别地点苯并(a)芘含量明显高于国家地表水环境质量标准(GB3838-2002);对卫工河水中多环芳烃污染来源分析发现,多环芳烃的主要来源燃烧来源;通过商值法对卫工河的初步风险评价表明,卫工河水中苯并(a)芘存在较大的生态风险,应引起有关部门的进一步关注。     

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.