微生物在生物煤层气形成中的作用及影响因素研究进展

在当今能源紧缺和环境污染严重的前提下,煤层气作为一类非常规天然气,越来越受到人们的重视。传统观点认为煤层甲烷多由高温热解产生,但是根据甲烷的同位素特征来判断,世界很多地方(包括我国鄂尔多斯、淮南等地)的煤层气多属生物成因或者生物和热成因混合。同时,越来越多的生物学证据也表明种类多样的产甲烷相关微生物广泛存在于煤层伴生地层水中或者煤层样品中。这也说明生物成因的煤层气仍然在不断地产生,这也为利用生物方法促进煤层气产生和利用提供了良好的契机。本文将介绍产甲烷微生物种群构成与功能、产气途径、影响产气速率的因素,探讨我国微生物强化产煤层气并实现产业化的应用前景。     

含固率对超声联合热碱预处理及厌氧消化的影响

含固率是影响污泥预处理效果的重要因素。对含固率为1.5%、5%、10%的污泥进行超声联合热碱预处理及厌氧消化,以探究含固率对污泥破解效果及产气量的影响,发现VSS的减少率和氨氮的增长率随污泥含固率的提高而减小。厌氧消化27d后,经预处理作用后污泥的含固率为1.5%、5%、10%,VSS浓度较原泥依次减少了64.5%、54.6%、20.1%,氨氮浓度较原泥依次增加了97.3%、47.5%、25.6%,厌氧消化产气量较原泥分别增加了32.0%、40.1%、18.9%,且产气量均在第20天之前便达到了原泥30 d的总产气量。综合考虑污泥体积、总减量效果以及产气量,采用含固率5%的污泥进行预处理以及后续的厌氧消化过程更合适。     

盐度对EGSB反应器的运行及厌氧颗粒污泥的影响

高盐废水通常含有高COD浓度,难以处理,引用具有耐盐性能的生物反应器处理高盐废水成为必要.使用模拟高盐废水在3.267 kg·(m~3·d)~(-1)的COD容积负荷下,将Cl~-浓度逐步从0提升至10 000 mg·L~(-1),研究盐度对膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed,EGSB)反应器的影响.结果表明,Cl~-浓度小于7 500 mg·L~(-1)时,对微生物的抑制作用较低;Cl~-浓度为7 500 mg·L~(-1)时,反应器的COD去除率能保持在98.1%左右,容积产气率能够基本保持在1.3 m~3·(m~3·d)~(-1)以上,大粒径的厌氧颗粒污泥仍然占据体系的主体;当Cl~-浓度为10 000 mg·L~(-1)时,反应器中的厌氧颗粒污泥受到严重影响.采用高通量测序技术对0和5 000 mg·L~(-1)两个Cl~-浓度下的厌氧颗粒污泥的微生物菌群结构进行分析,结果表明,盐度影响了微生物的种群分布,在5 000 mg·L~(-1)的Cl~-浓度下,主要的优势菌属由Cl~-浓度为0时的Methanoregula与Longilinea变为Methanobacterium、Methanospirillum、Methanothrix和Paludibacter.     

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。     

基于CSTR反应器鸡粪秸秆共消化产甲烷特性及菌群变化研究

基于实际工程通过控制有机负荷对不同配比鸡粪和玉米秸秆 （VS比分别为1：0、5：2、1：1）进行联合厌氧消化,分析了不同VS比变化对水解酶活性及微生物动态群落变化的影响,并确定了鸡粪秸秆联合厌氧消化的最优配比.结果表明,当VS比为1：1时,碳氮比 （C/N）为17,此时甲烷日产量峰值为31.46 L,累计产甲烷量为940.96 L,产甲烷效果最好,为最优配比;对比3组实验秸秆表面结构降解情况,C3 （VS比=1：1）组各水解酶活性均高于C1 （VS比=1：0）和C2 （VS比=5：2）组,且Megasphaera和Bacteroides作为纤维素酶主要分泌菌属相对丰度较高,纤维素酶活性峰值达到258.94 U·mL^-1,使秸秆中的纤维素和木质素得到有效降解;秸秆含量增加提高了水解细菌多样性,降低了古菌多样性,Lactobacillus属于Bacteroidetes门,由于其具有较好的抗逆性在C2和C3组丰度较高,能够作为水解产酸阶段的优势菌属;C3组产甲烷古菌丰度变化较为稳定,在实验中期以食氢产甲烷菌为主,优势菌属主要有Methanosphaera和Methanobrevibacter,实验后期以食乙酸产甲烷菌为主,优势菌属主要为Methanosaeta、Methanospirillum和Methanoregula.     

城市污水处理厂剩余污泥中温厌氧消化处理研究

应用污水处理厂剩余污泥开展污泥中温厌氧消化实验，对一系列影响污泥厌氧消化反应的因素进行了考察。实验结果表明：由于污泥C／N值较低，单独消化非常困难，有机物分解率比较低，分解速度慢，气体发生量少。在35℃时，污泥投配率为7．5％～10％，基质的去除率可达到35．54％。37．62％，去除单位基质的产甲烷量为O．265～O.274m^3／kgCOD。     

磁场对厌氧除Cr(Ⅵ)工艺产气组成的影响及其机理分析

研究了磁场对优势菌去除Cr(Ⅵ)生物系统出水pH与ρ(COD_(Cr))以及产气中ρ(H_2S),ρ(NH_3),ρ(H_2),ρ(CH_4),ρ(CO_2)和ρ(VOCs)的影响. 结果表明:磁场系统(系统B)出水pH均比无磁系统(系统A)略低;系统B对COD_(Cr)的消耗效率明显高于系统A;磁场的引入能抑制H_2S和NH_3的产生. 在初始ρ[Cr(Ⅵ)]从30 mg/L增至60 mg/L时,系统A和B产气组分中的ρ(H_2S)和ρ(NH_3)均有所增大,增幅分别为28.67%～32.87%和62.65%～70.89%;初始ρ[Cr(Ⅵ)]为30 mg/L时,系统B产气中的ρ(CH_4)为系统A的3.1倍,其ρ(CO_2)比系统A高33.33%,ρ(VOCs)比系统A低14.75%;初始ρ[Cr(Ⅵ)]增至60 mg/L时,两系统产气中的ρ(CH_4)相等,ρ(CO_2)均有所下降,ρ(VOCs)均明显升高. 两系统产气中均未检出H_2. 从生理生化过程角度分析了磁场影响厌氧产气过程的机理.     

利用微生物菌群低温下提高沼气产气量试验研究

实验室筛选培养出厌氧水解细菌混合菌A和厌氧纤维素分解菌混合菌B。利用这两类厌氧发酵混合菌,研究了3种不同配方的混合菌对猪粪沼气发酵产气率的影响。3种配方的实验组的沼气产量分别比对照组提高28.08%、24.93%和32.95%。3种配方对原料TS(Total Solid)的利用率均有提高,TS利用率分别比对照提高9.42%、6.02%和11.78%。以上结果表明,实验室所筛选的厌氧水解细菌混合菌A和厌氧纤维素分解菌混合菌B,都有利于提高猪粪发酵的沼气产量、原料利用率,是一种极有开发前景的沼气发酵生物活性添加剂。     

厌氧处理制药产生的废渣和污水研究

在探索厌氧处理制药产生的废渣和污水研究中,以中国A制药厂的药渣和中国B制药厂的污水为原料,研究制药废渣和污水的厌氧产气能力.结果表明:药渣TS产气率为205.6 mL/g～223.59 mL/g,VS产气率为221.3 mL/g～239.5 mL/g,有机物降解率为40％左右,系统中不存在产气抑制物;制药污水的TS产气率为403.9 mL/g～409.2 mL/g,VS产气率为563.4 mL/g～ 578.6 mL/g,COD降解率85％以上.药渣沼气和污水沼气的CH4浓度分别为54.6％～60.7％和52.3％ ～56.8％.     

Clostridium papyrosolvens厌氧发酵产氢研究

采用分批培养研究了从高浓度厌氧产氢活性污泥中筛选的优势菌种Clostridium papyrosolvens的发酵产氢能力.结果表明:该菌有较强的高糖耐受性和耐酸性,当葡萄糖浓度为30 g/L、pH阶段性控制在4.5时,发酵44 h葡萄糖消耗率为83.7%,总产气量达到3 081.3 mL/L,最高产气率为187.5 mL L-1 h-1,氢气含量为67.5%,比产氢率达1.06 mol(H2)/mol(葡萄糖).研究中选用了廉价的发酵产氢培养基,以玉米浆为氮源,以还原铁粉作氧化还原电位控制剂,省去了牛肉膏、蛋白胨等昂贵氮源以及L-半胱氨酸、维生素、无机离子等高成本组分,显著降低了纯菌发酵的培养基成本,获得了较好的产氢效果.图5表2参23