餐厨垃圾直接发酵生产生物质丁醇的研究

为考察餐厨垃圾不糖化直接进行产丁醇发酵的可行性,优选高效利用淀粉产丁醇梭菌Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4,并发现不同来源和构型的淀粉对发酵有影响,且直链淀粉更易于被利用。餐厨垃圾直接发酵比糖化发酵效率高,且可避免底物抑制。在固液比1∶1条件下,餐厨垃圾直接发酵丁醇产量达到12. 1 g/L,丁醇碳转化率为0. 402,最大生产速率为0. 705 g/(L·h);固液比1∶2条件下,直接发酵最大生产速率是糖化发酵的2. 05倍。餐厨垃圾发酵产丁醇,可在解决环境问题的同时,为丁醇生产提供廉价原材料。     

餐厨垃圾固态发酵过程中挥发性脂肪酸与产气的变化关系研究

为了研究餐厨垃圾固态发酵过程中挥发性脂肪酸(VFAs)与产气的变化关系,采用中温(37.0±0.2)℃连续式发酵,在完全混合CSTR反应器中连续运行100 d,分析餐厨垃圾固态发酵过程的启动、运行、失衡、失衡后恢复及实现固态发酵全过程各参数的变化趋势,重点研究VFAs各成分与产气、pH等的关系.结果表明,餐厨垃圾固态发酵实验过程可划分为4个时期:适应期(0~13 d)、启动期(14~30 d)、抑制期(31~50d)、恢复及稳定期(51~100 d).不同时期的容积产气率、VFAs及各参数均表现出不同的阶段性变化.在餐厨垃圾固态发酵全过程中,pH保持在5~7之间,正丁酸比例一直处于较高水平;VFAs与pH和容积产气率在初期基本保持反比关系,最终在稳定期达到平衡,均稳定在一定范围内波动.在恢复及稳定阶段以NaOH稀碱液调节当日回流渗滤液的pH值,在第63 d时pH值上升至6.76,VFAs含量稳定在20~22 g·L~(-1)之间,产气量明显提高;在81 d时TS达到20%以上,系统容积产气量和生物降解率均保持相对稳定.     

餐厨垃圾固态发酵挥发性脂肪酸全过程变化分析

在中温(37.0±0.2)℃条件下,通过连续实验将餐厨垃圾在完全混合厌氧消化反应器(CSTR)中运行100 d,研究餐厨垃圾固态发酵过程的中间产物挥发性脂肪酸全过程变化,重点研究在不同时期各组分挥发性脂肪酸含量及变化趋势.结果表明:(1)餐厨垃圾固态发酵实验过程可划分为4个时期:适应期、启动期、抑制期、恢复及稳定期;(2)实验初期,总挥发性脂肪酸浓度不断上升,在第19 d浓度达到最大值27.22 g·L-1,其中乙酸浓度最高为6.49 g·L-1,正丁酸浓度为6.10 g·L-1,戊酸浓度最低,仅为3.26 g·L-1;抑制期总挥发性脂肪酸浓度波动异常,各组分挥发性脂肪酸呈无规律性变化,系统产酸产气平衡遭到破坏;恢复及稳定期,调节当日回流渗滤液的pH使其接近7.0,在第75 d时TS含量20%,达到固态发酵,系统产酸产气基本恢复稳定,总挥发性脂肪酸浓度呈稳定性变化,最终稳定在20~23 g·L-1,其中正丁酸浓度最高,其浓度为5.43 g·L-1,丙酸浓度最低,其浓度为2.01 g·L-1.     

中国餐厨垃圾管理现状研究

基于网络报道,对截至2015年9月的全国100多座城市(区)的餐厨垃圾管理情况进行了信息搜索和汇总整理,由此对国内餐厨垃圾管理规定、各省市餐厨垃圾处理能力、国内餐厨垃圾处理设施整体建设进度、餐厨垃圾处理工艺技术应用、不同项目的建设投资进行了统计分析,并从设施建设、收运体系、监管体系、收费制度4个方面对国内餐厨垃圾管理的发展趋势进行了展望。     

天水市餐厨垃圾组分特征实验分析

在调查天水市餐厨垃圾产生现状的基础上,经过现场调查取样及室内实验分别从物理组成、含水率、挥发性固体含量以及pH等方面对餐厨垃圾的理化性质进行分析。结果显示:甘肃省天水市餐厨垃圾组分平均含水率高达88.57%,干基成分主要为米饭和面食,平均含量占90.34%,另有COD、含油等指标较高的特点。与国内外餐厨垃圾成分进行了比较,以期为中国西部城市餐厨垃圾处理的工艺选择、工艺参数及处理设备选型设计提供参考依据。     

双室微生物燃料电池处理餐厨垃圾的性能研究

微生物燃料电池(MFC)作为一种生物电化学技术,可以将餐厨垃圾中的有机废物转化为电能。采用双室微生物燃料电池装置,以不同组分的餐厨垃圾作为阳极底物,分析对比了各反应器中有机物的去除效果和产电性能。以溶解性化学需氧量(SCOD)、总有机碳(TOC)和氨氮的去除率为参数,分析了MFC对不同组分餐厨垃圾的处理效果。并通过电压变化情况分析了不同有机组分对MFC产电特性的影响。结果表明:MFC对果皮类和蔬菜类SCOD的去除效果较好,去除率分别为86.46%和89.08%。然而对米面类和混合类的处理效果不佳。果皮类、蔬菜类和混合类的TOC去除率分别为83.87%、73.72%和34.63%,米面类TOC含量仍较高。MFC对各组分中氨氮的去除率均高于90%。MFC运行过程中最大输出电压的大小为混合类>果皮类>蔬菜类>米面类。混合类产生的最大面积电流密度和面积功率密度分别为1 036 mA/m²和623 m W/m²。该研究为餐厨垃圾的处置与资源化提供了学术参考。     

Plackett-Burman实验设计优化餐厨垃圾发酵产燃料酒精的研究

针对餐厨垃圾中营养元素含量丰富的特点,利用运动发酵单胞菌对餐厨垃圾发酵生产燃料酒精,采用Plackett-Burman实验设计分析多种酶制剂和营养物质对发酵过程的影响. 结果表明,糖化酶和蛋白酶对于酒精发酵影响显著,其他酶和营养物的添加对发酵均无显著影响,说明餐厨垃圾自身所含的丰富营养即可以满足细菌生长的需要. 进一步的单因素试验分析表明糖化酶的最佳添加量为100 U/g. 当同时添加100U/g 蛋白酶和100 U/g 糖化酶时,酒精产量达到最大值53g/L, 比单纯添加糖化酶时产量高10%,其酒精转化率为44%. 经酒精发酵后,餐厨垃圾粗蛋白增加了1.5倍且纤维素含量较低,可作为饲料使用. 利用餐厨垃圾产酒精不仅处理了污染严重的废物,同时也为酒精生产提供了廉价的原料,具有较高的环境效益和经济效益.     

餐厨垃圾资源化处理工艺研究

为了寻找一种对餐厨垃圾进行无害化、资源化的处理工艺,在调查研究分析国内外各种技术的基础上,采用高温燕煮消毒、微生物固一液发酵等综合处理的工艺将餐厨垃圾中的油生产生物柴油、水中水回用或排放、微生物发酵产生沼气、沼渣转化成为高蛋白饲料或生物肥料.从而真正的实现了餐饮垃圾的无害化、资源化、减量化,并将大大推动社套、经济和生态各方面的可持续发展.     

乙醇预发酵对餐厨垃圾甲烷发酵动力学特性及底物的影响

重点考察了乙醇预发酵对餐厨垃圾甲烷发酵动力学的影响,并探讨了预发酵产生的乙醇作为甲烷发酵底物——"缓释乙酸"的可能性。结果表明:与一级动力学模型相比,修正的Gompertz模型更适合描述餐厨垃圾复杂底物的厌氧发酵体系。预发酵组最大产甲烷速率Rm比对照组高2.22倍,且T80(底物降解80%所需时长)和产气停滞期λ比对照组分别减少了1.67 d和0.64 d,表明乙醇预发酵可加快甲烷发酵的启动,显著提高底物降解速率和产甲烷速率。在单一碳源(乙醇、乙酸)的厌氧消化实验中,累积甲烷产率由高到低顺序为乙醇组(372 m L)>乙酸组(155 m L)>对照组(62 m L)。乙醇预发酵不仅可防止酸化,还能使乙醇起到"缓释乙酸"的作用,为甲烷菌提供足够的底物,从而显著提高餐厨垃圾甲烷发酵系统的稳定性。     

餐厨垃圾营养复配及其在复合微生物菌剂作用下的好氧降解

针对餐厨垃圾自身特点,选用花生壳、香蕉皮对餐厨垃圾进行复配以改善其营养结构,并通过微生物强化其好氧降解.对餐厨垃圾降解菌剂CCJ-Bac-1进行多样性分析及鉴定发现,该菌剂以芽孢杆菌(Bacillus spp.)为主,主要包括贝莱斯芽孢杆菌(B.velezensis)、栗褐芽孢杆菌(B.badius)、热噬淀粉芽孢杆菌...     

解淀粉乳酸细菌在厨余垃圾乳酸发酵中的应用

研究了水解淀粉乳酸细菌对厨余垃圾发酵生产乳酸的强化作用.从厌氧发酵的厨余垃圾中分离到6株水解淀粉的乳酸细菌,其中菌株FH164具有最高的淀粉降解率和乳酸产量.在pH5.5～6.0条件下,经48h发酵,菌株FH164从40.50g·L^-1的可溶性淀粉产生32.67g·L^-1的乳酸.根据形态、生理生化特征和16SrDNA序列分析结果,可将菌株FH164鉴定为链球菌属(Streptococcus sp.)细菌.接种菌株FH164可强化厨余垃圾的乳酸发酵,采用垃圾不灭菌的开放式发酵,菌株FH164可得到28.23g·L^-1的乳酸,比自然发酵(不接种的对照)的乳酸浓度高19.2%.     

食物垃圾开放式乳酸发酵的实验研究

利用食物垃圾发酵生产乳酸,是实现其资源化的有效途径之一.底物不灭菌的开放式发酵,是一种简单、有效的利用食物垃圾生产乳酸的方式.通过对发酵过程中ρ(乳酸),ρ(总糖),ρ(可溶性糖)以及细菌数量变化的研究,对开放式发酵的机理进行了分析.结果表明:食物垃圾适于作为乳酸发酵的底物,在不投加任何营养物质的条件下,能促进乳酸菌的大量增殖.采用开放式发酵,可从食物垃圾产生36.29 g/L的乳酸,远高于封闭式发酵(底物灭菌).垃圾中土著菌群在开放式发酵中起到了分解复杂多糖和为乳酸菌提供可发酵性底物的作用,从而提高ρ(乳酸).      

pH和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及光学特性的影响

通过间歇实验探讨了在中温、非灭菌条件下,pH和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及其光学特性的影响.结果表明,采用非灭菌的厨余垃圾发酵产乳酸,发酵液中还原糖浓度低,pH调节到近中性和偏碱性（pH为6～8）的各组还原糖浓度高于偏酸性组（pH=5和pH=4的对照组）;在控制pH为7时,总乳酸产生速率达到0.59 g·(L·h)^-1,单位挥发性固体的乳酸产量达到0.62 g·g^-1;控制pH为7和8时,以有机碳表示的乳酸分别占发酵液总有机碳的78%和89%;控制pH为8时,L-乳酸是主要的异构体形式,单位挥发性固体L-乳酸产量达到0.48 g·g^-1;响应面分析结果表明,发酵时间在120 h前,随着pH升高和发酵时间的延长,发酵液中L-乳酸浓度增大,120 h后则下降;pH和发酵时间对L-乳酸占总乳酸的比例有明显影响：偏酸性条件(未调pH及pH=5),发酵前120 h,该比例随发酵时间逐渐增大,L-乳酸在总乳酸中的比例达到0.9,其后,则逐渐下降;偏碱性条件下(pH=8),L-乳酸在总乳酸中的比例在整个发酵时间段内都保持在0.86以上,在发酵时间48 h时达到0.93,而在pH中性条件下,该比例在发酵后期显著下降;控制pH为8时,可以同时获得高的乳酸产量和光学纯度.     

微波辅助餐饮废物酸法水解条件研究

通过单因素试验选取试验因子,根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原理,在单因素试验基础上采用三因素三水平的响应面分析法,以水解液吸光度为响应值,对餐饮废物酸法水解条件进行优化.结果表明,水解温度、时间和c(HCl)与水解液吸光度存在显著相关性.餐饮废物酸法水解最佳条件:水解温度为76 ℃,时间13 min和c(HCl)为6.5 mol/L.与常规恒温水浴加热相比,在水解温度和酸浓度恒定的条件下,微波辅助加热可使餐饮废物酸法水解时间缩短约为原来的1/7,且糖液颜色较浅,w(单糖)提高了20.8%.      

不同湿热预处理条件对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

采用湿热水解技术处理餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度与时间下餐厨垃圾w(VS)(VS为挥发性固体)、ρ(CODs_Cr)(CODs为溶解性化学需氧量)、ρ(TOC)、ρ(TN)等指标的变化,以评价湿热预处理对餐厨垃圾厌氧产氢效能的影响. 在此基础上,结合厌氧产氢动力学分析,确定厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件. 结果表明:湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量、w(VS)具有显著影响. 餐厨垃圾湿热预处理后ρ(CODs_Cr)、ρ(TOC)、ρ(TN)变化情况与w(VS)呈负相关. 餐厨垃圾经90℃湿热预处理30min后,可浮油脱出量为37.5mL/kg,w(VS)/w(TS)为95.12%,最大比产氢量达242.1mL/g,最大产氢速率为12.46mL/h,累积产氢率达0.88mol/mol,厌氧产氢启动时间为12.85h. 说明对餐厨垃圾进行适度的湿热预处理可有效提高有机物溶解性与生物可利用效率,进而提高厌氧发酵累积产氢量与产氢速率. 综合能耗、产出等因素,湿热预处理温度90℃,处理时长30min,为餐厨垃圾厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件.      

秸秆发酵乳酸菌复合系SFC-2的构建及其组成多样性研究

为了获得促进作物干秸秆乳酸发酵的微生物,以玉米秸秆和水稻秸秆的自然发酵物为菌种来源,用MRS蔗糖培养基,通过连续定向继代培养,筛选出pH下降迅速、乳酸含量高、组成稳定的乳酸菌复合系SFC-2.DGGE分析表明,SFC-2经过连续继代培养,从第25代开始其微生物组成基本稳定.SFC-2 培养12 h后pH下降至3.8,乳酸含量达10.64 mg/mL,其中64%为L-(+) 乳酸.通过平板分离获得4株细菌,全部为Lactobacillus,其近缘种分别为L. fermentum、L. plantarum、L. paracasei和L. paracasei sub sp.;通过16S rDNA克隆文库分析获得7个克隆,其近缘种主要为L. fermentum、L. plantarum及L.paracasei;在16S rDNA的克隆文库中,76.3%为L. fermentum的近缘种,20.3%为L. plantarum的近缘种,3.4%为L. paracasei的近缘种.     

利用PCR-DGGE分析未开发油气田地表微生物群落结构

利用PCR-DGGE和克隆测序技术,分别对未开发油田、气田和非油气田对照区域,地表30、60、100、150、200 cm深度的土壤微生物分布进行研究,目的在于了解未开发油气田区域土壤微生物的分布特征,寻找潜在的油气资源指示菌.结果表明,不同深度土壤样品间的菌群相似度很低(26～69.9).在150 cm和200 cm处,DGGE图谱具有更好的丰富度(≥19)、多样性(≥2.69)和均匀度(≥0.90).油田区域富含γ-Proteobacteria(75%),此外还包括α-Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria,其相似菌株主要为石油相关菌和烃降解菌,如食烷菌、噬甲基菌.气田含有α、β、γ、δ-Proteobacteria和Bacteroidetes,γ-Proteobacteria含量较小(24%),所获16S rDNA条带相似菌株大多不具有烃降解能力,部分具有甲烷相关性,如甲基孢囊菌.在此类研究中,150 cm、200 cm更适于作为统一取样深度进行大范围取样调查;甲基孢囊菌可用来作为潜在的气田指示菌,食烷菌和噬甲基菌可作为潜在的油田指示菌,但仍需进一步地大范围取样验证.     

厨余垃圾堆肥过程中恶臭物质分析

恶臭污染已成为生活垃圾堆肥过程中的主要环境问题.以大类粗分后的厨余垃圾作为研究对象,利用嗅觉测定法和GC-MS分析了不同阶段堆肥尾气的臭气浓度和恶臭化合物的种类及其排放浓度,并对不同堆肥阶段臭气浓度和恶臭物质排放浓度的相关性进行分析.结果表明,厨余垃圾堆肥过程中共检测到43种挥发性有机物,其中含硫臭气物质5种,烃类化合物22种,芳香烃类化合物11种,其它物质5种.通过相关性分析,发现硫化氢、甲硫醇、1,3-二甲基苯和邻二甲苯与臭气浓度极显著相关(P<0.01),二甲二硫和对二甲苯与臭气浓度显著相关(P<0.05),因此在厨余垃圾堆肥过程中要对这6种臭气物质进行重点监测和控制.     

碱处理污泥发酵产氢生物相特征

为了揭示碱处理污泥发酵产氢生物相的特征,分别将取自3个不同处理工艺污水厂的污泥进行碱处理,并分别在酸性(pH5)和碱性(pH11)的条件下进行发酵产氢.结果表明,虽然污泥来源不同,但经碱处理后溶出的可溶性有机质均以蛋白质居多,碳水化合物的量仅是蛋白质的15%～16%,在初始pH11的碱性条件下发酵产氢均可获得较高的产氢率,最大(以H2/TCOD计)可达31.9mL/g,但在初始pH5的酸性条件下产氢率不高,且伴有耗氢现象.用F338GC/R534细菌16SrDNA通用引物对发酵产氢结束时的生物相进行PCR-DGGE分析,不同污水厂污泥产氢的生物相差异显著.随着发酵的进行,生物相中优势菌群有增多的趋势,产氢反应过程中微生物菌群表现出更替消长的现象.     

不同污泥龄膜生物反应器内微生物的群落结构特征

为研究不同污泥龄MBR(膜生物反应器)内的微生物群落结构特征,构建了SRT(污泥龄)分别为10、20、40和80 d的4个平行的MBR,通过PCR-DGGE技术获得各MBR内微生物的DNA指纹图谱,并对条带进行切胶测序. 结果表明,SRT不影响MBR对废水的处理效果,不同SRT下MBR对NH₄+-N和COD_Cr的去除率均能达到90%以上. DGGE结果表明,在运行过程中,各MBR内的微生物群落结构均发生了明显变化,并且不同SRT的MBR内总细菌群落结构变化特征相同;SRT影响同一微生物在各MBR中的出现速率;总细菌Shannon-Wiener多样性指数和丰富度指数均随着SRT的增加而升高,SRT为80 d的MBR内Shannon-Wiener多样性指数最高. 测序结果表明,不同SRT的MBR内的优势种属不同,其中Arcobacter sp.、beta proteobacterium及Thiothrix sp.为不同SRT的MBR中共同存在的关键菌属,对MBR的运行起着重要作用.