稻田土菌群驯化对稻秆两步发酵产甲烷效果的影响

为提高稻秆的降解率及其厌氧发酵甲烷产量,采用高氨氮畜禽废水作为氮源以驯化稻田土壤微生物,优化其降解稻秆的初始pH值,并评估水解产物液体发酵产甲烷性能.结果表明,混合组驯化的微生物产纤维素酶活性及对稻秆木质素的降解率高于其它组及先前文献报道,分别达到4.01 IU和51.96%,且后期水解液中总有机碳（Total organic carbon, TOC）及还原糖含量最高.随着初始pH值的提高,稻秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率显著增加,稻秆水解液中的挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids, VFAs）和TOC含量均显著增加,并在第7 d达到最高值.将水解稻秆7 d的水解液进行厌氧发酵显示,在初始pH=9.0条件下累积甲烷产量达到最大,为37.60 mL·mL^-1水解液.本实验结果表明, 驯化的稻田土微生物在碱性条件下可以更有效地降解稻秆,提高水解液中TOC及VFAs含量,从而提高厌氧发酵的甲烷产量.     

pH值调控方法对剩余污泥与柑橘废渣厌氧共发酵产酸影响

考察不同pH值调控方法对剩余污泥和柑橘废渣共发酵系统的产酸性能影响,结果表明:持续调节pH值为6可以提高共发酵系统的增溶过程,促进糖类物质水解,增强产酸和产甲烷过程,VFA产量和累积甲烷产量分别是空白组的1.36倍和1.25倍;提高共发酵系统中水解细菌和发酵产酸细菌的菌群丰度,促使甲烷生成途径从乙酰分解途径转向氢化营养途径.调节初始pH值为10可以有效促进共发酵系统中溶解性有机物的释放和达到快速水解的目的,促进产酸性能,但对产甲烷过程有抑制作用.     

pH值对剩余污泥暗发酵产氢的影响

pH值是影响剩余污泥暗发酵产氢的重要因素,为了寻求暗发酵产氢的最佳pH条件,试验研究了中温(37±2)℃条件下不同pH值(4~11)对剩余污泥暗发酵产氢的影响。结果表明,当pH=10时剩余污泥的H2产量最大,发酵132 h时累积H2产量为21.1 mL/gVSS。剩余污泥暗发酵水解、酸化和产甲烷阶段的试验分析表明:pH=10时H2产量最大的主要原因是pH=10的条件促进了污泥的水解和产酸,却抑制了产甲烷菌的活性,因此H2的产量显著增加。     

不同来源底物对厌氧发酵产氢余物产甲烷影响

通过批式试验将不同来源的污泥与餐厨垃圾进行联合厌氧发酵,研究不同产氢程度的污泥-餐厨垃圾在不同污泥接种量下的产甲烷能力,以寻求产氢余物产沼的最佳条件及有机质转化规律。结果表明:污泥-餐厨垃圾产氢余物的产氢程度与体系产甲烷能力呈正相关,即产氢多余物>产氢少余物>不产氢底物;接种量增大后,体系产甲烷效能降低且各体系间的差异逐渐缩小。30%接种量下的产氢多余物体系产甲烷能力最佳,平均产甲烷速率为0.54 mL/（g·d）,在第27天甲烷占比达到峰值87.04%,有最大累积产甲烷量1659 mL;主要原因是该体系挥发酸降解量大（17565 mg COD/L）,占TCOD降解量（35384 mg/L）的50%。     

中温条件下污泥接种量对污泥-餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷的影响

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷可有效发挥产氢余物的资源化潜力。研究了中温条件下不同污泥接种量对污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物的影响,分析其产气产甲烷能力及反应前后体系糖类、蛋白质、挥发性脂肪酸（TVFA）、pH及氨氮（NH₃-N）的变化情况,以寻求最佳接种量与相应体系指标变化规律。结果表明:中温条件下,过低或过高的接种量下产氢余物产甲烷效果均不佳。30%接种量的体系产甲烷能力最优,甲烷百分比增速最快,并有最大累积产甲烷量171.1 mL/gDS;有机物均得到了明显的消耗,总糖降解了39.01%,总蛋白质降解了28.09%,其中糖类物质降解以可溶糖为主,不溶蛋白质与可溶蛋白质的降解量相当,反应后体系pH升高。     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

水热/臭氧预处理促进餐厨垃圾中典型废弃油脂厌氧发酵产甲烷

为了缓解餐厨垃圾中大量未降解油脂包覆微生物,对厌氧发酵产生严重抑制的问题,本文采用水热或臭氧预处理有效降解油脂,预处理进行厌氧发酵.扫描电子显微镜和傅里叶变换-红外光谱分析表明,经过水热或臭氧预处理后,厌氧发酵过程油脂降解程度提高.经过臭氧预处理的火锅废油厌氧发酵甲烷产率提升至（854.20±10.28） mL·g^-1（每克有机质干重所产生的甲烷量,以毫升计,下同）,在第20 d达到产甲烷速率峰值（122.06±3.46） mL·g^-1·d^-1,较之未处理组达到甲烷峰值速率的时间缩短4 d,甲烷产率提升17.4%.总体能量转化效率由未经预处理的64.88%提升到臭氧预处理后的76.18%,说明臭氧或水热预处理可以促进油脂的降解,并且提高产甲烷菌对底物的利用从而提高发酵产甲烷的效率,从而在一定程度上缓解目前工业生产中存在的油脂难以降解以及包裹厌氧微生物的问题.     

不同底物MEC产氢潜力的研究

微生物电解池(microbial electrolysis cells,MEC)制氢技术是在传统发酵制氢中引入电解协助,克服了传统发酵制氢体系的热力学限制,使发酵末端产物挥发性有机酸能进一步转化为氢气,从而提高制氢效率。为考察不同底物MEC制氢的可行性,实验采用单池MEC反应器,在恒温35℃和电解电压为1.0 V下,以厌氧活性污泥为接种物,研究了挥发性有机酸(乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠)、糖类化合物(葡萄糖、蔗糖和淀粉)的MEC产氢潜力。比较了Modified Gomperts模型获得各底物的动力学参数,氢气产率,及实验过程中电流,产氢潜力及能源转化率值。实验结果表明,酸挥发性有机酸与糖类化合物都能够在电解协助下产生氢气,乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠的产氢潜力分别为40、26、48 m L/g,而葡萄糖、蔗糖和淀粉的产氢潜力分别为104、87、75 m L/g;葡萄糖、蔗糖、淀粉为底物时较乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠更容易被降解利用产氢。     

两相厌氧系统中产甲烷相有机酸转化规律

研究了两相厌氧系统产甲烷相中有机酸转化规律.以产酸相、产甲烷相COD负荷分别为41.5 kg/(m³·d)、6.05kg/(m³·d)的连续流试验装置培养种泥,运行稳定后,进行静态试验采用气相色谱仪(GC-122型)分析有机酸组成及含量结果表明,反应器相同位置的微生物降解转化有机酸速率快慢依次为:乙酸＞乙醇＞丁酸＞丙酸;利用乙醇产乙酸的微生物与产甲烷菌所需最佳pH值范围相近;乙醇型发酵是充分发挥两相厌氧系统功能的最佳发酵类型;在产甲烷反应器中,大部分挥发酸的最终降解都要经历乙酸降解途径才能完成,造成乙酸的降解转化相对缓慢,成为厌氧工艺中的限速步骤.     

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.     

硫化氢对填埋场生物炭改性覆土的甲烷氧化的影响

填埋场覆土中甲烷氧化菌的生物氧化作用,是填埋场CH4最主要的自然减排途径,但通常传统的覆土材料CH4氧化能力并不足.生物炭可用于强化填埋场覆土的CH4氧化性能,同时,填埋气中的硫化氢(H2S)也易被生物炭吸附转化,可能为CH4氧化带来潜在影响,需要进一步探究和揭示.在前期实验基础上,设计了一种生物炭改性覆土材料,接种富...     

生物质固体废物厌氧发酵过程中HS对产CH4作用研究进展

针对生物质固体废物量大面广,具有污染和资源利用双重特性,厌氧发酵能源化可促进其污染控制,且过程中部分有机成分在微生物作用下转化成腐殖质（HS）.通过分析厌氧发酵过程中HS转化规律、HS结构特征与氧化还原性能、腐殖质还原菌与产甲烷菌活性、产CH₄效率之间的响应关系和作用机制研究进展,总结凝练出生物质厌氧发酵系统内HS对CH₄的调控原理,为减少厌氧发酵系统内HS对产CH₄途径的抑制作用,提高发酵效率的技术研究提供理论支撑.     

崇明东滩芦苇湿地温室气体排放通量及其影响因素

通过静态箱-气相色谱法对崇明东滩芦苇群落在生长周期内的3种温室气体——CH₄、N₂O和CO₂的排放、吸收特征进行研究. 结果表明:芦苇群落湿地CH₄排放通量受温度影响较大,夏季排放通量明显高于其他季节,年均排放通量为74.46μg/(m2·h);N₂O年均排放通量为2.22μg/(m2·h),冬季排放通量最大;CO₂的吸收率季节变化明显,年均排放通量为-101.93mg/(m2·h). 温度、芦苇植株光合作用及呼吸作用是影响CH₄产生和排放的主要因素;而沉积物氮素不足和限制,则是促使芦苇群落表现出对N₂O吸收的原因;芦苇的光合作用及土壤呼吸作用随温度和季节的变化是控制芦苇湿地CO₂的排放和吸收的主要因素. 芦苇植株发达的通气组织是CH₄和N₂O由大气向沉积物扩散的通道,同时分子扩散过程也是沉积物产生的CH₄、N₂O和CO₂扩散到大气中的途径和方式.      

上海城市河流温室气体排放特征及其影响因素

为研究城区和郊区河流3种温室气体(N₂O、CH₄和CO₂)排放通量的差异,分别于春季(2013年4月)、夏季(2013年7月)、秋季(2013年10月)和冬季(2014年1月),利用浮箱法和扩散模型法对上海市城区河流(苏州河)和郊区河流(淀浦河)的温室气体排放通量进行了观测;并探讨了人类活动干扰下环境因子对温室气体排放的影响. 结果表明:研究区内2条河流是温室气体的排放源,城区河流N₂O和CH₄的扩散排放通量和浮箱排放通量年均值均比郊区河流大1~2个量级, CO₂两种排放通量在城郊区2条河流的年均值相当. 苏州河N₂O、CO₂和CH₄扩散排放通量年均值分别为15.88、6 748.27和84.98 μmol/(m2·h);淀浦河分别为0.61、2 978.98和9.61 μmol/(m2·h). 苏州河N₂O、CO₂和CH₄浮箱排放通量年均值为15.77、4 041.61和6 721.08 μmol/(m2·h);淀浦河为0.60、1 214.77和59.58 μmol/(m2·h). 城市河流呈现出高氮负荷及缺氧的特征,是影响中心城区河流N₂O、CO₂和CH₄扩散排放通量偏高的重要因素. CH₄浮箱排放通量和扩散排放通量的差异显示,城市河流中的富碳氮缺氧环境条件有利于随机气泡排放的发生,增强了温室气体的排放.      

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.      

盐度对长江河口芦苇湿地甲烷排放的影响

盐度对河口湿地甲烷气体的产生与排放影响重大。为揭示海水入侵对河口湿地CH₄排放的影响,利用静态密闭箱—气相色谱法在2016年4～10月期间对崇明东滩芦苇群落CH₄气体的排放通量进行测定。结果表明:CH₄排放总体表现出春夏季较高,秋冬季较低的季节变化规律;排放通量在0.19～7.68 mg/（m2·h）间波动,4～10月这半年内平均排放通量为3.41 mg/（m2·h）。在一定范围内,较高的盐度抑制CH₄的产生与排放,较低的盐度不足以对CH₄产生抑制作用,甚至会促进CH₄的产生;在高盐环境下,CH₄排放通量与盐度呈现出显著的对数负相关关系。在芦苇群落生长旺盛的初期（4～6月）,CH₄排放通量与温度、光照呈现正相关关系;而在芦苇生长后期（7～10月）则呈现负相关关系。     

Potential use of thermophilic dark fermentation effluents in photofermentative hydrogen production by Rhodobacter capsulatus

Biological hydrogen production by a sequential operation of dark and photofermentation is a promising route to produce hydrogen. The possibility of using renewable resources, like biomass and agro-industrial wastes, provides a dual effect of sustainability in biohydrogen production and simultaneous waste removal. In this study, photofermentative hydrogen production on effluents of thermophilic dark fermentations on glucose, potato steam peels (PSP) hydrolysate and molasses was investigated in indoor, batch operated bioreactors. An extreme thermophile Caldicellulosiruptor saccharolyticus was used in the dark fermentation step, and Rhodobacter capsulatus (DSM1710) was used in the photofermentation step. Addition of buffer, Fe and Mo to dark fermentor effluents (DFEs) improved the overall efficiency of hydrogen production. The initial acetate concentration in the DFE needed to be adjusted to 30–40 mM by dilution to increase the yield of hydrogen in batch light-supported fermentations. The thermophilic DFEs are suitable for photofermentative hydrogen production, provided that they are supplemented with buffer and nutrients. The overall hydrogen yield of the two-step fermentations was higher than the yield of single step dark fermentations.     

互花米草入侵对长江河口湿地CH4排放的影响

为了探讨互花米草入侵对长江河口湿地CH₄排放的影响以及入侵至不同潮位对CH₄排放影响程度的差异及其可能机制,采用邻近互花米草与土著植物群落相配对的试验设计,在长江口东滩湿地的高潮滩和低潮滩各设置1条样线.结果表明,与土著植物相比,互花米草入侵显著增加了长江河口湿地的植物生物量,显著增加了土壤含水量、土壤有机碳含量、总氮含量、微生物碳和氮含量.高潮滩互花米草群落年均CH₄排放强度为（0.68±0.08）mg/（m²·h）,显著高于芦苇群落（0.21±0.01）mg/（m²·h）,低潮滩互花米草和海三棱藨草群落年均CH₄排放速率分别为（8.31±0.50）和（3.93±0.18）mg/（m²·h）,前者显著高于后者.此外,高潮滩互花米草与芦苇群落之间年均CH₄排放强度的差异为（0.47±0.08）mg/（m²·h）,显著低于低潮滩互花米草与海三棱藨草群落之间年均CH₄排放强度的差异（4.37±0.48）mg/（m²·h）.上述结果表明,互花米草入侵通过改善CH₄产生所需底物的质和量,增加土壤含水量和微生物的量,从而显著增加了长江河口湿地CH₄排放量.互花米草入侵至低潮滩增加的CH₄排放量是互花米草入侵至高潮滩的10倍左右,表明互花米草入侵至长江河口湿地对CH₄排放的影响程度可能会有很强的空间异质性,互花米草入侵至更厌氧的土壤环境可能会对CH₄排放的影响程度更大.本研究可为准确估算互花米草入侵对中国海岸带湿地CH₄排放的影响程度,科学管理和合理利用海岸带湿地资源以及应对全球气候变化提供理论依据和科技支撑.     

胜坨油田原油温室气体排放特征及其影响因素

为研究油田开发过程中原油在大气条件下的碳排放特征,完善油气系统潜在温室气体排放清单,以胜利油田典型区块——胜坨油田原油为研究对象,通过改进的静态室-气相色谱及质谱法对原油在大气条件下的自然脱气(排放)过程进行模拟试验研究. 结果表明:CH₄和CO₂是胜坨油田原油溶解气中的两种主要温室气体;将模拟时间(48 h)均分为4个时段,CH₄、CO₂的主要排放阶段为0~12 h,并且其排放量远高于>12~24、>24~36和>36~48 h,其中,不同温度下CH₄、CO₂的最大排放率均出现在0~2 h. 原油在空气中暴露时间的长短及所处大气温度的高低直接影响温室气体的累积排放,CH₄、CO₂的累积排放量均随模拟试验的进行而递增;原油所处环境温度越高,累积排放量越大,3 ℃时CH₄、CO₂的累积排放量分别为12.498、15.071 g/m3,13 ℃时为20.626、21.004 g/m3,27 ℃时为31.353、26.954 g/m3. CH₄、CO₂在不同温度下的相对排放量存在差异,表现为低温(3、13 ℃)条件下CH₄排放量低于CO₂,相对高温(27 ℃)条件下表现相反. 研究显示,原油所处大气环境的温度及暴露时间是影响原油温室气体排放的重要因素.      

湿地甲烷代谢微生物产甲烷菌和甲烷氧化菌的研究进展

湿地作为一种独特的生态系统,是大气中重要温室气体甲烷（CH₄）的"源",湿地CH₄的排放是CH₄的产生、传输和氧化三个过程的最终结果,其排放量与产甲烷菌（methanogens）和甲烷氧化菌（methanotrophs）的活动密切相关。本文对湿地甲烷代谢重要微生物产甲烷菌和甲烷氧化菌的分类、特点、代谢途径、分子生态学研究现状及影响湿地产甲烷菌和甲烷氧化菌的重要环境因子等方面进行了综述,旨在促进我国湿地产甲烷及甲烷氧化菌群的领域更加系统和深入的研究,为有效调控湿地CH₄代谢,减少CH₄排放通量提供参考。