预处理方法对香蒲厌氧发酵联产H2-CH4效能的影响

通过厌氧发酵动力学分析、还原糖及其他代谢产物变化情况,结合香蒲微观结构解析,系统研究酸(HCl)、碱(NaOH)、酶(纤维素酶R-10)3种预处理对水生植物厌氧发酵联产H₂-CH₄的影响. 结果表明:香蒲分别经酸、碱、酶3种预处理后,厌氧发酵联产累积H₂、CH₄产量及含量均显著提高,c(HCl)、c(NaOH)均为1.0mol/L, w(纤维素酶R-10)(以底物计)为10mg/g时,预处理最佳. 其中1.0mol/L NaOH预处理香蒲效果最佳,φ(H₂)(H₂含量)达30.09%,累积产H₂量(以香蒲干质量计)达11.39mL/g;φ(CH₄)(CH₄含量)最高达67.48%,累积产CH₄量(以香蒲干质量计)达41.87mL/g;还原糖利用率达50.87%,sCOD(溶解性化学需氧量)利用率达66.17%. 纤维素酶预处理后香蒲产CH₄能力显著提高,产CH₄阶段φ(CH₄)最高为71.39%,累积产CH₄量达46.32mL/g,还原糖利用率达72.10%. 扫描电镜微观结构分析表明,碱预处理对香蒲纤维素结构破坏程度最大,可有效增加香蒲与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产H₂-CH₄工艺的快速启动和稳定运行.      

土壤中两种手性有机氯农药的选择性降解研究

为了更深入的了解和阐释手性有机氯农药在土壤中的转化和环境归趋,采用实验室室内避光培养方法,研究了o,p＇-DDT及o,p＇-DDD 2种手性有机氯农药的外消旋体在水稻土厌氧培养体系和菜园土好氧培养体系中的选择性降解情况。为了更好的利用土壤中土著微生物的活性,我们选择了厌氧微生物比较丰富的水稻土和好氧微生物丰度比较高的菜园土来做培养实验。结果表明实验体系中o,p＇-DDT及o,p＇-DDD在水稻土和菜园土中的降解均没有明显的对映体选择性。这一结果与2种手性化合物不同对映体在自然环境中的含量普遍具有差异性有所不同,说明野外环境条件和室内模拟实验条件的差异会影响手性化合物的降解选择性。在2种体系中,o,p＇-DDT的降解速率均高于o,p＇-DDD的降解速率。这与以前的研究报道一致,DDD比DDT更难降解。通过2个体系的比较,发现DDT的降解速率在厌氧体系中高于好氧体系,而DDD的降解速率与之相反,好氧体系高于厌氧体系。这应该与DDT和DDD 2种化合物的化学结构及2种土壤中微生物群落的差异有关。对于厌氧体系中的2种水稻土,采自中山的水稻土中DDT的降解速率高于江门的水稻土,这应该与中山水稻土有机质含量高于江门的水稻土有关。有机质含量的高低直接反映了土壤中微生物的多少,进而会影响污染物的降解速率。研究发现本实验所用水稻土和菜园土总有机碳含量偏低可能是影响2种化合物的对映体无降解选择性的因素之一。此外,由于本研究采用缓冲溶液将pH 调控在中性,因此本文的土壤 pH 对降解选择性的影响仍有待进一步研究。本研究中好氧体系和厌氧体系对目标物的降解选择性无明显差异。     

高温碱间歇式处理对互花米草厌氧发酵特性的影响

以互花米草为原料,采用中温(35±1)℃批式发酵的方式,考察了NaOH高温碱间歇式处理对互花米草厌氧消化过程的影响.结果表明,互花米草一次发酵至产气停止,单位TS产气量为263mL/g,发酵过程中出现酸化现象, pH值最低为5.17.二次发酵原料为一次发酵后的固体残余物,主要组分为可分解有机物以及一些难分解有机物,过程中未出现酸化现象, pH值经短暂下降后很快稳定在7.5左右,累积产气量在一次发酵的基础上提高了46%.互花米草单位TS产气量为383mL/g.消化液中有机酸乙酸含量最大,丙酸和丁酸含量相当.     

不同水域凤眼莲厌氧发酵产甲烷研究

采集滇池白山湾、滇池草海、太湖(武进段水域)以及江苏省农科院2号塘生长的凤眼莲,进行了批式厌氧发酵对比试验研究.结果发现,凤眼莲的产气潜力和水体氮磷水平有关系.水体氮磷浓度最高的滇池草海凤眼莲产气量最高,为390mL/gTS(498mL/gVS);水质最好的滇池白山湾的凤眼莲产气量最低,为289mL/gTS(334mL/gVS).白山湾凤眼莲的纤维素、半纤维素和粗蛋白等组分的降解率均最低.4个水体凤眼莲产生的有机酸均以乙酸和丙酸为主,草海凤眼莲发酵产生的有机酸浓度最高,可达2466mg/L,白山湾凤眼莲最低,仅为915mg/L.研究发现水体氮、磷浓度影响凤眼莲化学组分含量的差异及结构组成(根冠比),可能是影响凤眼莲厌氧生物降解性能及产气量差异的主要因素.     

气体分离循环对高温厌氧消化过程的影响

采用厌氧序批式反应器,研究了气体循环(包括气体直接循环和脱除气体中的氢气后循环)对以葡萄糖和乙酸钠配制的模拟废水在高温厌氧消化过程中乙酸代谢速率、出水性质及微生物相的影响,并采用尺寸排除色谱和三维荧光光谱技术,对溶解性微生物产物(SMP)的分子量分布和荧光物质组成进行了分析.结果显示,气体循环使得出水中残余挥发性脂肪酸的浓度由238.2mg/L(未脱氢)和129.6mg/L(脱氢)分别减少至8.5mg/L和8.2mg/L,并最终降低了SMP产量,45d时分别降至气体循环前的36.8%和59.2%.脱氢气体循环促进了乙酸化和乙酸氧化,导致了微生态环境和甲烷化基质浓度的差异,促进了高分子量SMP向低分子量SMP的转化,污泥中的微生物形态亦发生了较大变化.可见气体循环改善了基质与微生物的混合状况,改善了出水水质,而脱氢气体循环加速了乙酸的代谢,有望更快速地解除易降解有机物高温厌氧消化过程中的酸抑制,提高厌氧消化效率.     

Continuous biohydrogen production from diluted molasses in an anaerobic contact reactor

An anaerobic contact reactor (ACR) system comprising a continuous flow stirred tank reactor (CSTR) with settler to decouple the hydraulic retention time (HRT) from solids retention time (SRT) was developed for fermentative hydrogen production from diluted molasses by mixed microbial cultures. The ACR was operated at various volumetric loading rates (VLRs) of 20–44 kgCOD·m^-3·d^-1 with constant HRT of 6 h under mesophilic conditions of 35°C. The SRT was maintained at about 46–50 h in the system. At the initial VLR of 20 kgCOD·m^-3·d^-1, the hydrogen production rate dropped from 22.6 to 1.58 L·d^-1 as the hydrogen was consumed by the hydrogentrophic methanogen. After increasing the VLR to 28 kgCOD·m^-3·d^-1 and discharging the sludge for 6 consecutive times, the hydrogentrophic methanogens were eliminated, and the hydrogen content reached 36.4%. As the VLR was increased to 44 kgCOD·m^-3·d^-1, the hydrogen production rate and hydrogen yield increased to 42.1 L·d^-1 and 1.40 mol H₂·molglucose-consumed^-1, respectively. The results showed that a stable ethanol-type fermentation that favored hydrogen production in the reactor was thus established with the sludge loading rate (SLR) of 2.0–2.5 kgCOD·kgMLVSS^-1·d^-1. It was found that the ethanol increased more than other liquid fermentation products, and the ethanol/acetic acid (mol/mol) ratio increased from 1.27 to 2.45 when the VLR increased from 28 to 44 kgCOD·m^-3·d^-1, whereas the hydrogen composition decreased from 40.4% to 36.4%. The results suggested that the anaerobic contact reactor was a promising bioprocess for fermentative hydrogen production.     

多基质时厌氧氨氧化菌、异养反硝化污泥活性及抑制特征

以厌氧氨氧化污泥(AAOB)和各种有机物混合,AAOB分别与异养甲醇反硝化菌和城市污水处理厂活性污泥相混合为研究对象,考察了多种基质(醇类、糖类)时自养、异养反硝化菌群的活性及其相应的抑制特征.结果表明,醇类有机物对AAOB的活性有明显抑制作用,甲醇的抑制性最强,当甲醇为5.48mmol/L时,AAOB活性了损失2/3.而乙酸钠对AAOB有一定的促进作用,另外,葡萄糖、乳糖和蔗糖等糖类有机物对AAOB的影响较小.此外,试验发现经驯化的甲醇反硝化菌能利用各种醇类完成异养短程反硝化.对于活性污泥,利用乙酸钠实现短程反硝化的能力优于甲醇、乙醇、葡萄糖和乳糖.混合试验中,正丙醇导致AAOB和甲醇反硝化菌混合菌群中AAOB活性下降,并且在与甲醇反硝化菌的竞争中处于劣势.乙酸钠对于AAOB和活性污泥混合菌群中AAOB的影响较小.     

猪场废水厌氧消化过程中的除磷效果

采用序批式半连续厌氧消化试验方法,研究猪场废水厌氧消化过程中磷的去除情况。结果表明,水力停留时间（HRT）为1、3、6和9 d的厌氧反应器平均除磷率分别为65.0%、81.1%、82.7%和83.0%,而COD平均去除率分别为54.5%、82.3%、87.0%和85.9%。厌氧反应器除磷能力随沼气产量的增加而增加,说明厌氧反应器中磷的去除与产甲烷过程密切相关。对厌氧消化前后的污泥进行浸提后发现,厌氧消化过程中,化学反应生成磷酸盐沉淀的除磷作用十分显著,污泥中正磷酸盐,与铁结合的磷化合物（Fe-RP）,还原可溶性磷,与钙、镁离子结合的磷化合物（Ca-RP、Mg-RP）以及无机或有机聚合磷增加量分别为0.027 8～0.101 5、0.013 5～0.081 0、0.2165～0.430 5、23.4～54.8和7.2～21.5 mg.g-1;且总体而言,HRT越长,污泥中与不同金属结合的磷增加量就越大。从HRT、磷和有机物的去除效果以及沼气产气速率3个方面综合考虑,猪场废水厌氧消化反应器的HRT控制在3 d为宜。     

基于宏基因组技术获得的对厌氧氨氧化菌代谢的新理解

厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria,AAOB)是化能自养菌,由于其生理代谢的奇异性、细胞结构的特殊性以及对氮素循环的重要性,已成为环境工程、微生物以及海洋生物学等领域的研究热点.然而,AAOB未能实现纯培养的现状已成为AAOB代谢途径研究的巨大障碍.近年来兴起的宏基因组技术(Metagenomics)为AAOB代谢途径的研究提供了新手段.采用宏基因组技术,可直接研究微生物群体中某特定微生物基因组的结构与功能,摆脱了传统微生物学研究对纯培养的依赖,使未培养微生物的认识和开发成为可能.本文首先简述获取AAOB宏基因组信息的过程,然后通过比较由传统代谢研究方法和宏基因组技术获得的AAOB代谢途径的研究成果,论述基于宏基因组技术获得的对AAOB代谢的新理解,得出以下结果和结论:1)AAOB的碳素固定途径为乙酰辅酶A途径,碳素固定的还原力来自NADH或者QH2;2)AAOB氮素转化的重要中间产物是NO,而非NH2OH,并提出了以NO为核心的AAOB代谢的改进模型;3)AAOB的ATP合成途径为氧化磷酸化,推测的电子传递途径为N2H4—QH2—细胞色素bc1复合体;细胞色素bc1复合体再将电子用于NO2-还原和N2H4合成.AAOB的宏基因组技术使AAOB代谢途径的研究更具方向性.随着分子生物学理论和技术的不断发展,宏基因组学的升级技术(如宏转录组学、宏蛋白质组学)将为AAOB代谢途径的研究提供新的方法与平台.图3表1参51     

CO厌氧发酵制氢过程中的微生物特性及其影响因素

以发酵液中溶解的一氧化碳(CO)为底物,研究高温嗜热菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)厌氧发酵制氢的工艺过程.通过C.hydrogenoformans菌的生长规律、絮凝能力和反应特性等实验研究,建立菌株的生长规律模型,得出微生物衰减系数和最大比生长速率.结果表明,C.hydrogenoformans菌产氢率高,絮凝效果好,用于连续CO生物发酵制氢工艺是可行的.对发酵制氢过程的影响因素进行考察,得出最佳食微比及CO对发酵制氢过程的抑制浓度等过程参数,为有效开发CO厌氧生物发酵制氢的工艺路线提供了参考依据.图4表2参17