酸化预处理对剩余活性污泥厌氧消化及其脱水性能的影响研究

剩余活性污泥在厌氧消化系统中难以降解,而研究发现预处理能加速其水解的过程。本文研究了盐酸酸化预处理(pH为6～1)对剩余活性污泥后续消化及脱水性能的影响。综合考虑盐酸的投加量和污泥消化性能的改善情况得出最佳工艺参数:酸化至pH为2时,综合效果最佳。此时污泥消化13天的沼气产量相当于未经酸化处理污泥消化21天的沼气产量。在半连续流消化反应试验(35℃,水力停留时间为12天)中,预处理后的污泥产甲烷量较未经预处理的污泥提高了14.3%,同时沙门氏菌全部灭活。脱水实验研究发现,酸化预处理能节约后续污泥脱水过程中40%的阳离子絮凝剂投加量以达到同样的泥饼含固率。     

长江口沉积物甲烷产生潜力与产甲烷菌群落特征

采用室内培养与高通量测序技术,研究了长江口沉积物产甲烷潜力及其产甲烷菌群落组成特征.结果表明,研究区沉积物甲烷排放速率为4.15～7.12 nmol·g~(-1)·d~(-1),且表现出厌氧区高、丰氧区低的特点.甲烷产生潜力为丰氧区大于厌氧区,说明甲烷在水体中氧化是减少甲烷排放的重要环境过程.研究区沉积物中产甲烷菌群落组成具有明显的差异.厌氧区沉积物产甲烷菌的优势群落为Methanococcoides(拟甲烷球菌属)、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)和Methanosaeta(甲烷鬃菌属),丰氧区沉积物为Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)、Methanosaeta(甲烷鬃菌属)和Methanocella(甲烷胞菌属),因而缺氧过程会对产甲烷菌群落产生重要的影响.通过估算发现,研究区甲烷的排放量为2487～6819 t·a~(-1),表明长江口是甲烷排放的净产生源.因此,由缺氧过程导致的河口环境因子变化会影响甲烷的代谢循环过程及其微生物群落组成,进而对河口生态系统甲烷排放产生重要的影响.     

亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程强化新视角:排泥及其微生物机制研究

亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化(Nitrite-dependent anaerobic methane oxidation, n-DAMO)是微生物在厌氧条件下利用甲烷还原亚硝酸盐的过程.本研究通过排泥的策略对n-DAMO过程进行强化,并比较分析了反应器中微生物的群落结构及功能微生物数量.结果发现,与对照组相比,排泥后实验组反应器的脱氮速率从17.00 mg·L~(-1)·d~(-1)提高到73.10 mg·L~(-1)·d~(-1).排泥后反应器中n-DAMO细菌的相对丰度从38.3%上升到67.7%,功能微生物的基因拷贝数由1.404×10~8 copies·g~(-1)增长到4.854×10~8 copies·g~(-1),污泥比活性提高了2.95倍.与之相反,初始反应器中其余优势微生物Unclassified_GCA004、Unclassified_Rhodocyclaceae、Unclassified_Fimbriimonadaceae与Methylosinu相对丰度分别下降为原来的27.66%、32.65%、4.35%、20.27%.结果表明,排泥可以有效地强化n-DAMO过程,同时促进功能微生物的生长,主要原因在于排泥排出了非目标微生物,使得目标微生物大量生长.本研究为强化n-DAMO过程及加快n-DAMO微生物的富集提供了一条新思路,并为进一步推动n-DAMO过程的工程应用提供了理论基础.     

上向流厌氧滤池(UAF)处理城市生活污水的运行效能

采用上向流厌氧滤池(UAF)处理实际生活污水,研究中温条件下水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对系统运行效果及优势产甲烷菌群的影响.结果表明,在35℃,HRT为24 h条件下,系统启动28 d后化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率可达75%以上. HRT由24 h降至2. 5 h的过程中,COD去除率呈现先上升后下降的趋势,在HRT为5h时最高,平均去除率为81. 71%,最高可达87. 18%,当降至2. 5 h后,COD去除率降至75. 12%.甲烷产率(每消耗单位质量底物产生的甲烷的量,以CH4/CODre计)及甲烷体积分数随HRT的降低而增高,HRT为2. 5h时为0. 30 L·g-1,甲烷体积分数维持在73%左右,经能耗核算后可得系统产能可满足蠕动泵能耗需求.对系统内主要的产甲烷菌进行定量分析表明,乙酸营养型产甲烷菌Methanosarcinales丰度最高,为优势菌群,随着HRT的逐渐降低,乙酸营养型和氢营养型产甲烷菌的丰度都有大幅度提高.     

Characterization of Methylocystis strain JTA1 isolated from aged refuse and its tolerance to chloroform

To accelerate the efficiency of methane biodegradation in landfills,a Gram-negative,rod-shaped,non-motile,non-spore-forming bacterium,JTA1,which can utilize methane as well as acetate,was isolated from the Laogang MSW landfills,Shanghai,China.Strain JTA1 was a member of genus Methylocystis on the basis of 16S rRNA and pmoA gene sequence similarity.The maximum specific cell growth rates(μmax=0.042 hr-1,R2=0.995) was derived through Boltzmann simulation,and the apparent half-saturation constants(Km(app)=7.08mmol/L,R2=0.982) was calculated according to Michaelis-Menton hyperbolic model,indicating that Methylocystis strain JTA1 had higher-affinity potential for methane oxidation than other reported methanotrophs.By way of adding the strain JTA1 culture,the methane consumption of aged refuse reached 115mL,almost two times of control experiment.In addition,high tolerance of Methylocystis strain JTA1 to chloroform could facilitate the methane oxidation of aged refuse bio-covers.At the chloroform concentration of 50mg/L,the methane-oxidation rate of bio-cover reached 0.114mL/(day·g),much higher than the highest rate,0.0135mL/(day·g),of reported bio-covers.In conclusion,strain JTA1 opens up a new possibility for environmental biotechnology,such as soil or landfills bioremediation and wastewater decontamination.     

水蒸气对层流甲烷/空气扩散火焰中烟黑生成的影响

空气中水的存在会严重影响烷烃类扩散火焰中烟黑的生成,研究氧化剂流中水对烷烃类火焰的影响,对污染物控制及火灾扑救具有重要意义。模拟采用24步简化机理的有限速率化学反应模型、Moss-Brookes烟黑模型及Discrete Ordinates(DO)辐射模型,研究在空气中加入水对甲烷/空气层流伴流扩散火焰的影响,其中烟黑模型包括烟黑的成核、表面增长和氧化。结果表明,伴流空气中的水蒸气会降低火焰的温度、抑制烟黑的生成。这是因为:一方面,水蒸气降低了甲烷燃烧的温度,火焰温度的降低导致化学反应速率减慢,烟黑成核和表面生长速率随之降低,火焰中烟黑质量分数便减少;另一方面,由于水蒸气的加入使化学反应OH+H_2 H+H_2O(R(15))逆向反应加速,继而导致OH生成量增加。但由于氧气浓度降低使火焰体积增大,OH的浓度降低。从而导致烟黑的氧化速率降低,烟黑生成量增加。由于水蒸气的化学效应小于其温度效应,总体上烟黑质量分数降低。最后对比了模拟结果和试验结果。     

接种比例对酒糟与餐厨垃圾混合厌氧发酵产沼气的影响

采用酒糟与餐厨垃圾作为混合发酵物料,并接种消化污泥进行厌氧干式发酵,比较接种比例(inoculum to substrate ratios,ISRs)(VS质量比)分别为0.5、0.8、1.0、2.0时的甲烷产率和产量、体系VFA、碱度、游离氨等指标。结果表明:接种比例的提高可有效提高甲烷产生速率,缩短发酵周期,减弱较高浓度VFA引起的抑制作用。当ISRs=1.0时产甲烷效果较好,累计产甲烷率为222.58mL/g,VS去除率达83.4%,继续增加接种比例对发酵效果影响不显著。此外,试验中适宜的VFA/碱度值为0.3～1.2,过大或过小都有可能抑制产甲烷过程。     

厌氧发酵沼气提纯技术研究进展

厌氧消化产生的沼气主要成分是甲烷(CH4)50%～70%和二氧化碳(CO2)30%～50%,是一种可持续有价值的能量来源。随着矿石燃料的枯竭,沼气利用的需求不断增长,将沼气提纯到甲烷含量90%以上可取代天然气而受到广泛关注。目前沼气提纯在工业上主要通过变压吸附、吸收或膜分离等技术实现CO2的去除,也有研究者探索了原位沼气提纯技术,即在厌氧反应器中通过一定的措施实现沼气提纯,为现阶段沼气提纯技术提供新的思路和研究方向。     

春季东、黄海溶解甲烷的分布和海气交换通量

于2011年3月17日～4月6日对东、黄海海域进行了大面调查,采集了45个站位不同深度的海水样品,对溶解甲烷(CH4)浓度进行了测定,并估算了其海-气交换通量.结果表明,东、黄海表层海水中溶解甲烷的浓度变化范围是2.39～29.67nmol.L-1,底层海水中甲烷浓度范围是2.63～30.63 nmol.L-1,底层浓度略高于表层,表明底层水体或沉积物中存在甲烷的源.春季东、黄海海域表、底层溶解甲烷的分布特征基本一致,即从近岸向远海逐渐降低,主要受长江冲淡水输入和黑潮水入侵的影响.春季东、黄海海域表层海水中CH4饱和度为93%～1 038%.利用Liss and Merlivat公式(LM86)、Wanninkhof公式(W92)和现场测定的风速估算出春季东、黄海海域CH4的海-气交换通量分别为(2.85±5.11)μmol.(m2.d)-1和(5.18±9.99)μmol.(m2.d)-1,根据本研究结果和文献数据初步估算出东海和黄海年释放甲烷量分别为7.05×10-2～12.0×10-2Tg.a-1和1.17×10-2～2.20×10-2Tg.a-1.春季东、黄海海域表层海水中CH4均呈过饱和状态,是大气中CH4的净源.     

城市生活垃圾填埋处理甲烷排放估算及控制途径研究

随着人口的增长,城市化和经济化发展以及居民生活水平的不断提高,固体废弃物的排放量日益增多,废弃物处理不仅是大气中甲烷的一个重要排放源,而且已成为限制城市化进展和城市经济发展的重大问题之一。固体废弃物填埋处理甲烷的排放量的估算,对准确评估未来气候变化以及应对气候变化所带来的影响具有重要的意义。本文在分析了填埋场甲烷产生影响因素的基础上,估算了2005年-2010年杭州市填埋场甲烷排放量,提出了填埋场甲烷排放控制的对策建议,为杭州市温室气体减排工作提供参考意见。