酸碱度对玉米秸秆酶解液光合生物产氢动力学的影响

主要研究p H值对玉米秸秆酶解液光合生物产氢动力学的影响,以生物量干重为指标研究p H值对光合产氢细菌生长的影响,以产氢速率和产氢量为指标研究p H值对光合细菌产氢的影响。利用Logistic模型和MMF模型分别对光合细菌生长和玉米秸秆酶解液光合生物产氢进行了回归模拟,提出了p H值对光合细菌生长动力学和玉米秸秆酶解液产氢动力学的影响规律。结果表明:p H值对光合细菌生长及产氢过程都有显著影响,随碱性增强,光合细菌生物量逐渐增大,当p H值为8时,光合细菌生物量达到最大,为0.543 7 g/L,最佳接种时间为84~96 h;光合细菌产氢量随p H值增加同样呈现先递增再递减的趋势,当p H值为6时,产氢速率和产氢量达到最大,分别为29.72 m L/(L·h)、168.96 m L。     

玉米秸秆热复合预处理光合产氢研究

为解决因生物质秸秆降解能力差而导致秸秆转化为高品位能源的能量转化率低的问题,提出了生物质秸秆热复合预处理。采用单因素方法研究了常温静置、水浴加热、碱处理和热复合预处理4种方式的光合产氢效果及影响热复合预处理效果的因素。结果表明,热复合预处理的产氢效果最好,其产氢量和还原糖得率最大,其次是碱处理的体系,水浴加热随之,而常温静置预处理的产氢效果最差。对于玉米秸秆热复合预处理光合产氢,碱质量分数、水浴加热时间、秸秆颗粒度对产氢能力有不同程度的影响,其中碱质量分数0.75%~1%、水浴加热4 h、颗粒度80~96μm和超微粉碎的热复合预处理产氢效果较佳。     

利用木薯渣进行纤维素分解菌混合发酵工艺研究

从自然界中筛选出6株相互间无拮抗作用的纤维素分解菌进行混合发酵,研究了该混菌以工业废弃物木薯渣为原料发酵的最佳产酶条件是:培养基配方为木薯渣4 g,黄豆粉0.75 g,KH2PO40.20 g,NaCl 0.02g,MgSO4·7H2O 0.015 g,蒸馏水1 000 mL;发酵工艺为初始pH=7.0,培养温度40℃,每250 mL锥形瓶装培养液140mL,接种量3%,在140 r·min-1转速下发酵72 h.结果表明,混合菌的发酵可大幅度提高纤维素酶活力及对还原糖的耐受力.     

热碱预处理强化餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸条件优化研究

在单因素试验的基础上采用Box-Behnken响应曲面法考察热碱预处理温度、p H值和时间的单独及交互作用对餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的影响,并建立了乙酸产量的数学模型。结果表明,在不同的热碱预处理操作条件下,餐厨垃圾厌氧发酵均表现为典型的丁酸型发酵。3个影响因子对乙酸质量浓度影响的显著性从大到小表现为p H值、时间、温度,其中p H值的影响达到极显著水平;各因子两两交互作用的影响均不显著。回归模型决定系数R2=0.9383,p=0.00180.05,模型拟合程度好且模型显著。热碱预处理强化餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的最佳工艺参数为:温度78.2℃,p H=12,时间25.5 min。回归模型的预测值(48.83 g/L)与多次实测值的平均值(46.78 g/L)的相对误差为4.38%,表明模型对试验结果具有良好的预测效果。     

玉米秸秆不同保质贮存方法的研究

为了降低玉米秸秆在贮存过程中微生物对其营养物质的消耗量及其木质纤维化程度,研究了玉米秸秆在冷藏及添加甲酸或乙二醇的贮存条件下,其p H值、可溶性糖(WSC)质量比、纤维素质量比、半纤维素质量比、木质素质量比的变化规律,分析不同处理方法的保质效果,并确定最佳保质贮存方法。结果表明,冷藏处理、添加甲酸或乙二醇均能在不同程度上降低玉米秸秆的营养物质消耗量,抑制其木质纤维化。乙二醇处理后的玉米秸秆,p H值迅速降低,其WSC质量比、半纤维素质量比、纤维素质量比和木质素质量比分别为9.56 g/100 g DM、14.12 g/100 g DM、34.60g/100 g DM和10.13 g/100 g DM,与不做任何物理或化学处理的保质方法(对照组)相比,WSC质量比、半纤维质量比分别提高了524.84%、35.77%,纤维素质量比、木质素质量比分别降低了9.03%、37.74%,保存了更多的营养物质,较大程度地降低了秸秆的木质纤维化程度,有利于后续水解处理和厌氧发酵。     

基于动力学与混合核函数LS-SVM的厌氧发酵产气量预测模型研究

利用农业生产中产生的牲畜粪便牛粪和秸秆进行厌氧发酵试验,以产气量为参考指标,研究牛粪和秸秆厌氧发酵的产气量预测模型。试验过程中测量发酵物的氧化还原电位(ORP)、p H值、挥发性脂肪酸(VFA)、氨氮含量、化学需氧量(COD)、电导率及产气量,并用灰色关联分析法筛选出与产气量关联较强的参数,将筛选出的参数作为多项式核函数和高斯径向基核函数构建的混合核函数LS-SVM模型的输入量,训练出预测能力较强的混合核函数LS-SVM模型,然后在混合核函数LS-SVM模型中融入微生物动力学构建产气量预测模型,并用验证集验证模型性能。仿真结果表明,筛选得到关联较强的参数为ORP、p H值、VFA、氨氮含量;融入动力学的混合核函数LS-SVM模型与混合核函数LS-SVM模型相比,产气量的预测更准确,误差更小,最小误差减少了近一个数量级,试验证明该模型有效。     

淘米水内在发酵特性与VFAs的量化关系变化规律

为了研究餐厨类废弃物定向产挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids,VFAs)的基质释放机理,将淘米水作为单一研究对象,探究其分别在原始状态和不同p H值下VS、SCOD、氨氮、可溶性糖与VFAs之间的量化关系和关联程度。结果表明,淘米水原始状态下有机质转化为VFAs的转化率较低,调节p H值使内在发酵特性含量和VFAs总量有显著增加,其中p H=7对其影响最大,VFAs产率(以VS计)为267. 14 mg/g,VFAs/SCOD比值为55. 84%,氨氮溶出量(以VS计) 20. 24 mg/g,可溶性糖转化率为88. 3%。VS和SCOD与VFAs关联程度大,其次是氨氮、可溶性糖,VFAs大部分由有机质水解产生,少部分来自氨氮溶出、可溶性糖转化。p H值不会改变量化和关联趋势,但使产酸天数和发酵周期提前。     

毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料吸附水中砷(Ⅴ)的工艺优化组合研究

以自制毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料为吸附剂,选取溶液初始p H值、吸附剂粒径、吸附剂投加量、砷(V)初始浓度、吸附时间和温度为影响因素开展工艺优化组合寻求的正交实验研究,结果显示,工艺优化组合为:砷(V)初始浓度10 mg/L,溶液初始p H=3,温度为35℃,吸附剂粒径小于100目,吸附剂用量为0.6 mg/50 m L,吸附时间为7 h。     

ZVI与TCE反应参数优化及动力学方程的建立

以批量研究的方法,考察了ZVI纯度、ZVI粒径、ZVI投量、p H值、温度和初始TCE浓度对TCE去除的影响,建立了ZVI去除TCE的动力学方程。最佳参数为:ZVI纯度92%,ZVI粒径30目,ZVI投量30 g,p H值为6.0,温度25℃,初始TCE质量浓度50 mg/L。最佳条件下TCE去除率可达73.6%,反应符合一级动力学方程。     

二次回归正交旋转组合优化硫酸盐还原菌处理高浓度含铬废水研究

从皮革工业园区沉淀池污泥中分离出对六价铬有高耐受性和强还原力的硫酸盐还原菌(SRB),经形态特征观察、常规生理生化测定、16S r DNA测序和系统进化树构建,确定为脱硫弧菌属(Desulfovibrio)。选取1株SRB降铬菌株(CR-1)为研究对象,运用单因素试验研究温度(X1)、p H值(X2)和菌废比(X3)等条件对CR-1去除Cr(VI)的影响。在单因素试验的基础上,运用二次回归正交旋转组合对Cr(VI)去除条件进行优化,并建立正交回归模型。结果表明,当温度为35℃、p H值为7.1、菌废比为1∶4时,Cr(VI)去除率最佳,理论值可达到99.9%。根据方程估算降铬菌株CR-1的最大Cr(VI)还原量为201.98 mg/L,实际24 h内对Cr(VI)还原量为187.4 mg/L,动力学方程估算的最大还原量与实际还原量相差14.58 mg/L,表明菌株CR-1的降铬能力较好。     

不同预处理方法对剩余污泥厌氧发酵产氢的影响

为了寻求适宜的预处理方法,提高剩余污泥发酵产氢率,通过间歇式试验考察了热、酸、碱和高温好氧4种预处理方法对剩余污泥发酵产氢的影响.结果表明4种预处理方法均能有效抑制耗氢菌括性,同时促进污泥中微生物胞内物质的释放,使可溶性糖类物质和蛋白质质量浓度增加.其中高温好氧预处理的溶胞效果最好,可溶性糖类物质和可溶性蛋白物质质量浓度均最高,分别为878 mg/L和15 606mg/L,分别为原剩余污泥的10.58倍和58.45倍.4种方法预处理后的污泥发酵均获得了氢气,其中高温好氧预处理污泥产气率最高,为10.68 mL/g TS;其次是热预处理污泥,产气率为6.58 mL/g TS;碱预处理污泥产气率为3.63 mL/g TS;酸性预处理污泥产气率最低,仅为1.41 mL/g TS.     

剩余污泥与餐厨垃圾共发酵产酸的优化研究

为探索剩余污泥和餐厨垃圾共发酵产酸的最优条件,在单因素试验的基础上利用响应面方法对二者共发酵产酸的条件进行优化分析,考察了pH值、底物浓度、有机负荷和固体停留时间对总挥发性脂肪酸产量的交互影响。结果表明,对TVFAs产量的影响顺序为pH值OLRSRT底物浓度。     

Fe(NO3)3催化乙酸预处理玉米秸秆的研究

采用Fe(NO3)3催化乙酸对玉米秸秆进行预处理,以提高水解反应的效率,考察了乙酸初始质量分数和预处理时间对玉米秸秆水解反应的影响。结果表明,Fe(NO3)3可有效提高乙酸预处理秸秆的水解率。当使用0.05 mol/L Fe(NO3)3催化5%乙酸预处理秸秆15min时,与单独乙酸预处理玉米秸秆相比,水解液中葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的质量浓度分别提高了110%、250%和10%,同时秸秆中半纤维素和纤维素的水解率分别提高了49%和14%;与单独0.05 mol/L Fe(NO3)3预处理玉米秸秆相比,水解液中相应的各单糖质量浓度分别提高了131%、68%和61%。随乙酸初始质量分数增加,水解反应中各产物的质量浓度均逐渐增加。乙酸初始质量分数从1%增加到5%,水解玉米秸秆15 min时,水解液中葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的质量浓度分别从8.67 g/L、11.68 g/L和3.19 g/L升高到11.86 g/L、13.78 g/L和3.23 g/L。延长预处理时间有利于秸秆的水解反应,但太长会导致玉米秸杆中半纤维素和纤维素的水解率增加变缓。当采用0.05 mol/L Fe(NO3)3催化5%乙酸时,预处理时间从15 min延长到60 min,半纤维素的水解率从74.7%逐渐升高到92.9%,而纤维素的水解率没有变化,稳定在26%。     

絮凝菌的筛选、培养条件优化及对屠宰场废水的处理

采用分离纯化技术从淤泥样品中筛选出一株高效絮凝剂产生菌,编号为M-3。通过形态学观察、生理生化鉴定及16S r DNA序列同源性比对,鉴定M-3菌为蜡样芽胞杆菌。对M-3菌株进行产絮培养条件优化,并测定了最佳培养条件下制备的活性絮凝物质对屠宰场废水的絮凝效率。结果表明:该菌最佳培养条件为p H=7.0,培养温度30℃,装液量200 m L/500 m L;活性絮凝物对高岭土悬浮液的絮凝率达88.4%;在屠宰场废水p H值超过8时有较好的絮凝效果,p H值为12时效果最佳,絮凝率和COD去除率分别为78.0%、34.6%,絮凝剂最佳投加比例为1~2 m L/100 m L,助絮剂1%Ca Cl2最佳投加比例为3~4 m L/100 m L。     

硫酸盐还原菌去除铅的实验研究

考查了初始p H值、反应温度、接种量等对硫酸盐还原菌菌株的生长和对重金属铅去除效果的影响,应用X射线衍射(XRD)、表面能量色谱分析(EDS)对沉淀物进行了表征。结果表明,该菌株生长及去除铅的最佳条件为:p H=8.0,温度30℃,接种量10%,该条件下的去除率高达99.79%。所得到的沉淀物为硫化铅,立方方铅矿结构,结晶度良好。进一步研究了最佳条件下不同初始浓度硝酸铅对硫酸盐还原菌细胞中亚硫酸盐还原酶(SiR)和腺苷酰硫酸还原酶(APS)比活力的影响。结果表明,硝酸铅质量浓度低于950mg/L时,亚硫酸盐还原酶和APS还原酶比活力受到轻微抑制,当硝酸铅质量浓度为1 100 mg/L时,其比活力受到明显的抑制。重金属铅对亚硫酸盐还原酶比活力抑制作用相对明显。     

一株DDT降解菌的鉴定及其生物学特性

利用DDT为唯一碳源筛选、纯化得到DDT降解菌株DT1,通过形态特征、生理生化特性及系统发育分析鉴定为假单胞菌属细菌(Pseudomonas sp.)。通过单因子试验及差异显著性分析得到菌株DT1的最佳生长条件为37℃、初始p H值8.0、DDT初始质量浓度20mg/L、最适Na Cl质量浓度1 mg/L。通过正交试验优化菌株DT1的降解能力,最优方案为温度37℃、p H值9.0、DDT初始质量浓度30 mg/L,可将DDT降解率提高到60.85%。影响其降解能力的环境因素从主到次依次为温度、p H值、DDT初始质量浓度。     

滇池高效聚磷菌Rhodococcus sp.H的分离鉴定及除磷特性研究

采用混合稀释平板法,从富营养化湖泊底泥滇池中分离出1株高效聚磷菌,经分子生物学鉴定,推测其为红球菌属(Rhodococcus sp.),将其命名为Rhodococcus sp.H,并对菌株H在不同理化因素条件下的生长及除磷特性进行了研究。结果表明,该菌株在接种培养24 h后即能完成对数增长期,在pH值为6~7、温度为30℃时能获得较高生物量和除磷率,最佳碳源为乙酸钠和乙醇,最佳氮源为牛肉膏和蛋白胨。当温度高于35℃或低于15℃、p H值高于9或低于5时,菌株的生长会受到明显抑制,除磷率较低。同时研究表明,该菌株的生长会影响其生长环境基质的p H值,在一定范围内具有较强的p H值调节能力。该菌株能够有效利用乙酸钠和乙醇等小分子碳源获得较大生物量和较高的除磷效率,但是不能将铵盐作为唯一的氮源来利用。     

新型后置反硝化处理石油烃类废水的可行性研究

在新型后置反硝化工艺中验证了石油烃类废水治理的可行性并进一步探究p H的影响。结果表明新型后置反硝化工艺能够有效处理石油含烃类废水,稳定运行期COD,氨氮和烃类物质的去除率分别为85.2%,84.1%和86.3%。p H对COD和含烃类物质去除影响较大,而对氨氮去除影响小,并且p H=8是石油含烃类物质废水治理的最佳p H值。当p H值由6升高至8时,NO-3-N出水含量由1.9 mg/L下降至0.98mg/L,而胞内聚合物聚羟基烷酸酯(PHA)的含量却由4.85 mg/g升高至5.62 mg/g,PHA含量升高利用其在好氧和缺氧期分解产能用于反硝化。而过高p H不利于新型后置反硝化工艺烃类物质去除,脱氮和胞内聚合物的合成和积累。     

不同青贮条件下秸秆组分的变化特性及水解效果

为了提高玉米秸秆厌氧发酵产沼气的可消化性和利用率,降低贮存过程中秸秆的木质纤维化程度及微生物对其营养物质的消耗,对新鲜秸秆分别添加硝酸、乙酸和氨水进行青贮处理,并通过比较青贮过程中秸秆发酵产物与化学组成的变化对青贮效果进行评价。结果表明:乙酸能够显著抑制秸秆在青贮过程由于发酵而引起的水溶性碳水化合物(WSC)的损失,添加硝酸的WSC保存效果次于乙酸,但优于自然风干秸秆,氨水组低于对照组,损失最严重;青贮后秸秆的木质素质量比较自然风干秸秆降低了12.3%~25.8%,且易生物降解的可溶性组分质量比均较高;对青贮效果好的乙酸和硝酸组秸秆进行高温水解处理,乙酸组青贮秸秆的最大总糖得率为27.09 g/100 g干物质(DM),高于硝酸组的20.59 g/100 g DM,是自然风干秸秆最大值的2.14倍。研究表明,与干秸秆相比,青贮秸秆更易于资源化利用。     

硫酸-乙醇预处理玉米芯制取生物乙醇研究

在用木质纤维素生产生物乙醇的过程中,原料的预处理是影响酶解糖化和发酵的关键因素之一。以玉米芯为原料,研究了硫酸-乙醇预处理方法中硫酸质量分数、预处理时间、预处理温度、固液比对酶解的影响。结果表明,硫酸-乙醇预处理的最优工艺条件如下:硫酸质量分数为2%,乙醇体积分数为50%,预处理时间为60 min,预处理温度为120℃,固液比为1∶10(g∶m L)。在该条件下,玉米芯的酶解得率从未处理的11.32%提高到68.48%;玉米芯纤维素质量分数显著增加,从之前的34.48%增加到70.25%;木质素的脱除效果明显,木质素的质量分数从之前的21.43%下降到7.86%,木质素的脱除率达到63.32%。对比预处理前后玉米芯结晶度的变化发现,硫酸-乙醇预处理使玉米芯的晶状结构受到破坏,有利于酶解糖化。预处理后的滤液可以再次回用到预处理过程,减少了蒸馏、回收乙醇的次数,降低了能量消耗,减少了运行成本。