生物炭促进餐厨垃圾发酵产己酸效能及机理研究

研究了餐厨垃圾制备的水热炭和热解炭对餐厨垃圾发酵产己酸的影响,分析了生物炭的理化性质及微生物群落结构。结果表明:空白组己酸最大产量仅为1.65 g COD/L,投加5 g/L水热炭和热解炭对产己酸均有促进作用,己酸最大产量分别为3.64,24.24 g COD/L,为空白组的2.2,14.7倍;而过量水热炭和热解炭(10 g/L和20 g/L)反而对产己酸具有抑制效应。生物炭理化性质对比分析表明:热解炭可促进直接种间电子传递,比表面积更大的热解炭可为产己酸功能菌群提供更大面积的附着位点,富集己酸功能菌,促进乙醇和丁酸转化成己酸。微生物群落分析表明:5 g/L热解炭组产己酸功能菌Clostridium_sensu_stricto_12、Caproiciproducens和Clostridium_sensu_stricto_11的相对丰度分别为35.6%、2.0%和1.7%。     

高温条件下初始pH值对污泥-餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH4的影响

污泥-餐厨垃圾厌氧消化产氢产CH₄可将城市有机废弃物转化为可再生能源H₂、CH₄,对实现碳减排发挥着重要作用。通过批式试验探究高温条件下(55±1℃),不同初始pH值对污泥和餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH₄的影响。研究结果表明:适度地增加产氢余物的碱度会提高产CH₄效能,而过低的初始pH则抑制了产氢余物产CH₄效能。初始pH=8时,CH₄最高浓度(79.08%)、累积产甲烷量(101 mL/g DS)和最大CH₄生产速率(12.21 mL/d)均达到最大。不同初始pH下,总糖和总蛋白质的降解量跟累积产甲烷量呈正相关,其中总蛋白的降解量及降解率均高于总糖。初始pH=8时,总糖和总蛋白质的降解量及降解率最高,分别为6078 mg/L、55.70%和4710 mg/L、69.67%。不同初始pH值下,产氢余物厌氧消化后的pH都趋于7.5左右。     

厨余垃圾半连续干式厌氧发酵的影响因素研究

探究了半连续干式厌氧发酵过程中有机负荷（organic loading rate,OLR）、搅拌速率和物料停留时间对甲烷产量的影响;并采用结构方程模型探究调控因素与厌氧体系中间产物和甲烷产量的动态变化。结果表明:提高OLR至5.5 g VS/（L·d）时,产甲烷效果最佳,平均日甲烷产量达到3084.40 mL/（L·d）。提高搅拌速率和物料停留时间可促进甲烷产生,但过低或过高的停留时间会导致NH₄+-N和VFAs积累并抑制厌氧产甲烷过程;综合考虑,搅拌速率为20 r/min,停留时间为1 d最有利于甲烷的生成。结构方程模型结果显示:在厨余垃圾半连续干式厌氧发酵过程中,搅拌速率和物料停留时间对甲烷产量的影响大于OLR,其标准总效应分别为0.435、0.370和-0.04,这主要是由于提高搅拌速率有效缓解了干式厌氧发酵中VFAs对甲烷产量的抑制效应。     

市政污泥与玉米秸秆混合高温厌氧发酵产甲烷研究

以实验室自主驯化的二沉池污水为接种物,对我国天津、昭通、太原3个城市的市政污泥和玉米秸秆混合物进行了高温(55℃)厌氧发酵,考察了不同发酵体系下发酵液pH、单日产气量、累积产气量、甲烷产率等指标随发酵时间的变化情况。结果表明:污泥单独发酵几乎不存在酸化现象,稳定后的发酵液pH值高于混合发酵试验组;污泥单独发酵系统的最大单日产气量出现在第1,2天,发酵系统加入玉米秸秆后最大单日产气量出现的时间有所延迟;天津污泥单独发酵(20 g-TS)的累积产气量达到2004 mL,高于其他2组;所有发酵系统的VS去除率均达到40%以上;随着发酵过程稳定,甲烷含量维持在70~85 vol.%,天津污泥单独发酵的甲烷产率达到141.01 mL/g-VS;Modified Gompertz拟合表明污泥单独发酵不符合"S"曲线,该系统下发酵停滞期较短,污泥与玉米秸秆质量比为3:1或2:1时甲烷产率、产甲烷速率和发酵停滞期具有一定优势。     

城镇污水管道系统甲烷产排特性及发生机制

城镇污水管道系统中产生的甲烷是城镇碳排放的主要来源之一,深入研究污水管道系统中甲烷的产排特性及发生机制对城镇污水提质增效和碳减排至关重要。综述了城镇污水管道系统中甲烷产排的研究现状,分析了甲烷产排的主要影响因素及发生机制,归纳了污水管道系统中甲烷产排的模拟评估方法。结果表明:污水管道内部环境、水质特性、水力条件等是影响甲烷产排的主要因素;生物膜-管道沉积物-污水多相界面的生化反应和传质过程是造成甲烷产排特性差异的关键原因;耦合管道水动力、颗粒物沉降过程、生化反应动力学、构建污水管道系统甲烷产排模型并应用于污水管道系统的甲烷排放测评与控制,是今后研究的发展方向。     

温度对电自养氧还原生物阴极电化学性能的影响

生物阴极的应用能够显著降低微生物电化学系统的成本并增强运行的稳定性,其中,环境温度是限制其性能提升的关键因素.因此,本研究通过对比温度对生物阴极和非生物阴极微生物燃料电池（MFCs）电化学性能的影响,证实了生物阴极对提升MFCs产电性能的重要作用.结果发现,生物阴极MFCs在35℃条件下的最大电压为0.70 V,是非生物阴极的1.3倍.原位三电极循环伏安特性测试显示生物阳极和生物阴极的最佳温度有所不同,并且温度对生物阳极的影响大于对生物阴极的影响.本研究表明了生物阴极对MFCs电化学性能提升的重要性,并且优化了电自养氧还原生物阴极的最佳运行温度,为推动其实际应用提供了温度设置的参考.     

城市污水再生处理反渗透产水的水质特征与超高标准处理技术

系统总结了城市污水再生处理反渗透产水的有机物浓度水平、组成特征和污染来源,分析了其利用途径和风险,探讨了反渗透产水超高标准处理技术的现状和发展趋势.与常规水源相比,再生水反渗透产水中有机物的浓度升高(可高达500~1000μg-C/L)、种类增加(超过百种).产水中药物和个人护理品、工业化合物、内分泌干扰物和氧化副产物等多有检出(10^-3~2.5μg/L),应关注其长期暴露的健康风险.反渗透产水中占有机碳比例70%的有机物组分及其特征尚未完全掌握,亟需开展系统研究.新兴自由基氧化技术、新型光源利用技术等是反渗透产水超高标准处理技术的重要发展方向.     

不同生境产脂肪酶菌株的筛选及多样性

为发掘不同特性脂肪酶微生物资源,采用纯培养方法从青海高寒草地、雅安山区、成都平原分离得到产脂肪酶菌株54株.通过对菌株的DNA进行ERIC-PCR指纹图谱分析,按聚类树划分为5个操作分类单元.16S rDNA序列测定和聚类分析显示,分离菌株分布于芽孢杆菌属(Bacillus)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、假单胞菌属(Pseudomonas)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、肠杆菌属(Enterobacter).多样性分析表明,与青海高寒草地、雅安山区相比,成都平原产脂肪酶菌株遗传多样性更为丰富.在54株菌中都出现了300 bp和1 300 bp两个特异且稳定出现的条带,这两个特异条带可能是产脂肪酶菌株的SCAR标记条带.     

铁氰化钾对双室微生物燃料电池曝气阴极性能的改善

为研究铁氰化钾对双室微生物燃料电池(MFC)阴极性能的改善效果,以碳毡和碳棒作为复合电极材料,乙酸钠为阳极电子供体,分别以氧气、铁氰化钾和氧气交替作为阴极电子受体.通过测定使用铁氰化钾作阴极电极液之前和之后的曝气阴极MFC的功率密度及极化曲线,比较曝气阴极MFC的内阻、开路电压(OCV)和最大输出功率的变化情况.实验结果表明,当以铁氰化钾作为MFC阴极电子受体时,MFC的内阻、开路电压和最大输出功率分别为24.2 Ω、744.2 mV和33.7 W/m3.曝气阴极MFC在采用铁氰化钾作电极液对阴极性能进行改善之前和改善之后的内阻由77.2 Ω降低到40.1Ω,OCV和最大输出功率分别由517.9 mV和2.1 W/m3提高到558.2 mV和4.4 W/m3.研究表明,铁氰化钾本身不仅具有优良的接受电子的能力,而且对电极材料(碳毡和碳棒)的电化学性能具有明显的改善作用,使得使用铁氰化钾之后的曝气阴极MFC的产电性能有了明显且持久性的提高.     

废再生纸纤维厌氧发酵生物制氢

采用稀硫酸预处理废再生纸厌氧发酵生物制氢。在稀硫酸质量分数为0.5%、废再生纸粒径为0.350mm、反应温度为115℃、反应时间为60min、固液比(废再生纸质量与稀硫酸体积的比,g/mL)为1∶16的最佳废纸预处理条件下,还原糖得率高达56.28%。产气量随发酵时间延长而增加。在10d的发酵时间内,废再生纸一次性加入20g的A组于发酵3h后开始产气,总产气量为2 593.3mL,产氢率为42.8mL/g;废再生纸加入量为2g/d的B组于发酵9h后开始产气,总产气量为2 759.4mL,产氢率为36.4mL/g。随发酵时间延长,A组和B组的pH均呈下降趋势;A组的挥发性脂肪酸含量(VFA)快速增加,发酵144h时VFA达到最大,为1 224mg/L,而B组的VFA增加速率较慢,发酵168h时达到最大,为1 135mg/L。