秸秆干发酵沼气增产研究

研究了复合菌剂预处理秸秆和添加沼气发酵促进剂对秸秆干发酵的影响.结果表明,秸秆经菌剂预处理后的产气量比不加菌剂预处理(对照)提高29.54%;在菌剂预处理过的秸秆中加入促进剂,其产气量比对照提高35.28%,比单纯菌剂预处理提高4.43%.另外,菌剂预处理过的秸秆的TOC降解率和纤维素降解率分别比对照高136.32%和47.68%;秸秆经菌剂预处理后再添加促进剂的TOC降解率、纤维素降解率分别比对照高169.58%和49.62%,比单纯菌剂预处理高14.07%和3.36%.图2表1参8     

活性炭在中高温条件下对玉米秸秆厌氧发酵的影响

为提高玉米秸秆厌氧发酵的产气效果,本文研究活性炭在中温(38℃)和高温(50℃)条件下对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷的效果及微生物学机制.结果表明,添加活性炭能显著促进秸秆厌氧发酵产甲烷,中、高温试验组(添加活性炭)的累积产甲烷量分别比对照提高了63%和96%;DGGE的结果显示,高温试验组(添加活性炭)和对照组(未添加活性炭)的发酵液中的优势细菌菌群分别是Clostridiale bacterium和Bacillus,中温对照组发酵液和中温试验组发酵液未发现明显优势菌种.添加活性炭分别有利于氢营养型的甲烷鬃毛菌(Methanosaeta concilii strain)和乙酸营养型的醋酸甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans strain),在中温、高温试验组的发酵液中形成优势古菌菌群.中温试验组活性炭载体上的优势古菌菌群为甲烷鬃毛菌(Methanosaeta concilii strain),而高温试验组活性炭载体上的优势古菌菌群主要为甲烷八叠球菌嗜高温菌属(Methanosarcina thermophila strain).     

不同原料厌氧发酵及其微生物种群的研究

使用PCR-DGGE技术,对以鸡粪、猪粪、牛粪、秸秆为发酵原料的发酵体系的微生物群落多样性进行了研究.在发酵不同时间取样,进行了日产甲烷量、日产甲烷浓度的变化分析和DGGE分析.结果表明,日产甲烷量整体趋势为猪粪>鸡粪>秸秆>牛粪,日平均产甲烷量分别为2.67、2.24、0.99、0.49L;猪粪、鸡粪、秸秆的日产甲烷浓度在整个发酵周期大多可维持在50%以上,牛粪的日产甲烷浓度大部分时间低于30%;细菌的优势菌群有拟杆菌属(Bacteroidetes)、密螺旋体属(Treponema)、厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)等,新增优势菌群有梭菌属(Clostridium)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)、醋弧菌属(Acetivibrio);古菌的优势菌群有甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales),新增优势菌群有斯氏甲烷球菌属(Methanosphaera stadtmanae).     

微波诱变选育耐酸高效厌氧产氢菌

为获得厌氧产氢菌的高效突变株,以产氢菌H-8为原始菌株进行微波诱变处理,对微波诱变参数进行了优化,考察了突变株的遗传稳定性、产氢特性及耐酸性.经过微波(低火)物理诱变得到5株高产氢突变株HW7、HW33、HW181、HW184和HW195,多次传代实验表明, HW195是稳定的高产突变株.突变株HW195具有较好的耐酸性,在pH值为2.8时仍能生长.通过间歇发酵实验,其最大产氢量和最大产氢速率分别达到2 460 mL/L培养基和340 mL L-1 h-1,比原始菌分别提高了50.7%和41.7%.图7表2参13     

一株生长pH较宽的产甲烷菌分离与系统发育分析

采用Hungate厌氧操作技术.从造纸厂阴沟污泥中分离到一株生长pH范围为5.5～9.5的产甲烷菌株SH4.该菌对酸碱具有良好的适应性,培养3 d后,在初始pH值6.0～8.0的培养基中甲烷产量相差不大,且基本达到最大产量.SH4革兰氏染色阳性,短杆状,多数单生,不运动;菌落近圆形,微黄;利用H2+CO2或甲酸盐作为唯一碳源生长,不利用乙酸盐,对氯霉素非常敏感.该菌最适生长pH为7.0,最适生长温度为35 oC,最适NaCl浓度为0～1.5%.实验表明,与仅添加厌氧污泥作为接种物相比,添加SH4菌液可使产甲烷启动时间缩短1/3,甲烷总产量亦有大幅提高.形态、生理生化特征以及16S rDNA序列分析表明,该菌为嗜树木甲烷短杆菌(Methanobrevibacter arboriphilus).图8参16     

一株嗜碱产甲烷八叠球菌的分离鉴定与系统发育分析

在15℃条件下用产甲烷菌培养基对采自四川省红原县的牦牛粪进行富集培养,采用Hungate厌氧操作技术从富集培养物中分离得到一株在8~45℃范围生长、最适生长pH为8.5的嗜碱产甲烷菌T13.该菌株革兰氏染色阳性,细胞聚集体,在液体培养基中为肉眼可见的颗粒状物,在固体培养基上菌落为淡黄色桑葚状;可利用甲醇、乙酸盐和甲胺作为唯一碳源生长;对氯霉素和庆大霉素敏感;生长pH范围为6.5~9.5;最适NaCl浓度为0~0.15 mol L-1;最适生长温度为30℃.形态和生理生化特征以及16S rDNA序列分析表明菌株T13为梅氏产甲烷八叠球菌(Methanosarcina mazei).由于该菌最适生长pH为8.5,所以初步认为菌株T13是一株梅氏产甲烷八叠球菌的新菌株.     

玉米秆与猪粪混合发酵产沼气及其古菌解析

为了解混合发酵系统不同发酵时间的古菌组成,采用批式全混发酵工艺进行预处理后的玉米秆和猪粪混合中温发酵产沼气研究,在不同发酵时间取样,利用454焦磷酸测序法测定各样品中古菌的组成.结果表明,该混合发酵启动迅速,第4天(d 4)达到产气高峰,料容产气率为1.46 L L-1 d-1,46 d原料产沼气率、产甲烷率分别为356.55 mL/g(VS)和208.0 mL/g(VS).454焦磷酸测序及分析表明,混合发酵系统中古菌都归属于广古菌门(Euryarchaeota,97.83%-100%)和泉古菌门(Crenarchae ota,0-2.17%);随着发酵时间的延长,甲烷杆菌纲(Methanobacteria)古菌含量由69.84%迅速下降到0.14%,杂色泉古菌(Miscellaneous Crenarchaeotic Group,MCG)和热原体纲(Thermoplasmata)古菌含量则分别由0%、1.05%逐渐上升到2.17%、20.68%,甲烷微菌纲(Methanomicrobia)古菌则从29.84%迅速上升到96.14%后保持高位.研究说明玉米秆和猪粪混合发酵可迅速启动,系统古菌多样性随发酵时间延长而逐渐上升.     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

废水同步脱硫脱氮关键工艺参数及微生物群落结构的研究

大量未经处理的含硫化物和硝酸盐废水的排放将带来严重的环境问题.根据以废治废原则,使用厌氧滴滤塔反应器构建的同步脱硫耦联反硝化脱氮反应(SDD)能很好的去除废水中S~(2-)和NO-x-N.其中以聚氨酯泡沫为填料的厌氧滴滤塔反应器中生物活性最强,脱氮脱硫效果最好.体系中功能菌优先将S~(2-)氧化成S0,待S~(2-)去除完全后,再进一步将S0氧化成SO_4~(2-).同时,SDD反应降解NO_3~--N的速率快于NO_2~--N.进水S/N摩尔比越大,产物中SO_4~(2-)相对含量越低.结合实际工程考虑,应控制进水S/N摩尔比在5/3~5/2之间,S~(2-)浓度控制在538 mg·L-1以下.微生物群落结构分析结果表明,Thiobacillus属在4组反应器上占绝对优势,其相对丰度均高于40%.其次相对丰度较高的Rhodanobacter、Arenimonas和Truepera属与厌氧反硝化作用密切相关.对4组反应器中微生物进行Alpha-多样性分析结果表明取得较好脱硫耦联反硝化效果的体系中物种多样性指数也较高.     

产脲酶菌株Sporosarcina ureilytica ML-2诱导方解石沉淀矿化Pb（II）、Cd（II）和Cr（VI）研究

微生物诱导方解石沉淀（MICP）作为一种新兴的重金属生物治理技术已逐渐成为研究热点.基于脲酶作为MICP反应的核心驱动力,本研究筛选获得1株拥有致密胞外聚合物,且产脲酶活性和菌体Zeta电位强于产脲酶代表性菌株Sporosarcina pasteurii的MICP功能菌株Sporosarcina ureilytica ML-2.在生物矿化50 mg·L^-1 Pb（II）、Cd（II）和Cr（VI）离子实验中,Cd（II）较Pb（II）和Cr（VI）对菌株ML-2产脲酶代谢活性存在显著性抑制（p<0.01）,实验组仅24 h和48 h即可去除全部的Pb（II）和Cd（II）,而96 h时仅能去除约12.14%的Cr（VI）.生物沉淀SEM形貌显示不同类型重金属可通过影响生物矿化过程无机晶体成核生长方向,从而改变沉淀形貌;EDS表征证实菌株ML-2可通过诱导方解石沉淀有效固定Pb（II）和Cd（II）,而对Cr（VI）无法实现有效固定;FTIR表征则证实羧基、羟基、胺基和烷基等功能基团共同参与重金属的矿化固定.结合天然方解石吸附初始浓度为200 mg·L^-1的Pb（II）、Cd（II）和Cr（VI）离子实验及对应沉淀的XRD图谱,再一次证实Pb（II）以方解石钙位点替代形式被矿化成白铅矿（PbCO₃）,Cd（II）的目标矿化产物菱镉矿（CdCO₃）可能因质量分数过低等原因虽未被检出,但依然实现了高效固定,并再次确认MICP无法有效固定Cr（VI）.最后,MICP矿化固定Pb（II）和Cd（II）污染的过程模型被构建,将为后续的扩大应用提供理论指导.