生物法净化处理低浓度挥发性有机及恶臭气体

结合课题组研究工作,概要介绍生物法废气净化技术的基础菌种及应用条件、菌种库与菌种批量生产线、初步工业应用等方面的研究成果与应用情况。     

牛粪堆肥升温菌剂的筛选及其作用机制

以糖、淀粉、蛋白质、纤维素培养基及菌株增殖倍数、菌株性能等为筛选方法,从牛粪低温堆肥中筛选不同原料重要功能菌并组成功能菌剂;以不同类别原料菌及单菌株发酵实验对升温机制进行研究。结果表明,芽孢杆菌、假单胞菌、纤维单胞菌及小孢霉菌等为重要功能菌;菌剂起温快,升温效果好,48 h堆体即由低温进入中温,5 d达到高温,腐熟时间可缩短至约17~18 d;糖功能菌升温效果最为显著,淀粉及蛋白质功能菌次之,纤维素功能菌升温能力较弱;菌株利用各种原料能力越强,增殖速度越快,对升温作用越大。各菌株充分利用基质各成分,紧密协同和促进,是低温堆体发酵升温的主要作用机制。     

壬基酚降解菌产酶条件的优化

通过单因素试验和正交试验确定了实验室保藏的壬基酚降解菌株沙雷氏菌(Serratiasp.LJ)的最佳产酶条件:以壬基酚、硫酸铵为碳源、氮源,培养基初始pH为6.8,培养温度为30℃,种子活化时间为24h,接种量为3%(体积分数)。在此条件下培养72h后,最高酶活力为1.314IU/mL,是优化前的1.77倍。     

利用木薯渣进行纤维素分解菌混合发酵工艺研究

从自然界中筛选出6株相互间无拮抗作用的纤维素分解菌进行混合发酵,研究了该混菌以工业废弃物木薯渣为原料发酵的最佳产酶条件是:培养基配方为木薯渣4 g,黄豆粉0.75 g,KH2PO40.20 g,NaCl 0.02g,MgSO4·7H2O 0.015 g,蒸馏水1 000 mL;发酵工艺为初始pH=7.0,培养温度40℃,每250 mL锥形瓶装培养液140mL,接种量3%,在140 r·min-1转速下发酵72 h.结果表明,混合菌的发酵可大幅度提高纤维素酶活力及对还原糖的耐受力.     

响应面法优化石油降解菌性能的研究

从延长油田石油污染土壤中筛选出4株能以原油为唯一碳源生长的细菌单菌株,鉴定其优势菌株YC-2为枯草芽孢杆菌;利用响应面法进行实验设计,选定培养温度、pH值、氮磷比以及盐度为影响因素,对原油含量为0.5%的培养基进行YC-2菌株降解工艺优化,得到了原油降解率与4种因素之间的非线性回归方程,确定了降解原油的最优工艺条件:培养温度28℃;pH值6.5,氮磷比5.2:1,盐度0.45%。在最优条件下,预测降解率为53.9%,实验验证值为52.5%,结果显示,建立的模型具有较高的精度。     

抗铬菌株的筛选鉴定及其生物学特性和吸附特性

利用微生物分离纯化技术,在培养基中加入不同浓度的Cr3+、Cr6+,经过长时间驯化,从污染土壤中筛选出2株对Cr具有较高抗性的菌株(A和B),对其进行了形态、生理生化特性及分子生物学鉴定,并研究了其最佳生长条件及对Cr3+的生物吸附规律。结果表明,菌株A和B分别为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)和米根霉菌(Rhizopus oryzae)。菌株A和B的最适生长pH值均为7,最适生长温度均为30℃,最佳装液量为80~100 mL(250 mL摇瓶)。在培养时间一定时,随着Cr3+浓度的增加,菌株对Cr3+的吸附率减少,而生物吸附量则逐渐增大;在Cr3+浓度一定时,随着培养时间的延长,菌体对Cr3+的吸附率呈现出先增加后减少的趋势,这与生物吸附量的变化趋势基本一致。在Cr3+浓度为100 mg/L时,菌株A和B对Cr3+的吸附率达到最大,分别为51.47%和46.36%。     

驯化菌种降解油制气废水的影响因素研究

利用筛选的3种微生物,在初步研究其对某些化合物降解能力的基础上,考察其降解油制气废水过程中一般因素如温度、pH值、供氧条件、废水浓度以及营养因素如磷源、碳源对微生物降解能力的影响。研究表明,各菌种可在自然环境条件范围内,保持对废水CODCr降解效果的稳定性。葡萄糖、乙醇的加入,可将各菌种对CODCr的去除率分别提高16.9%~26.5%、17.6%~25.6%。     

优势菌种对餐厨垃圾高温好氧消化的促进

为研究优势菌种对餐厨垃圾高温好氧消化(TAD)的促进作用,本研究通过淀粉水解、油脂降解及明胶液化等生化实验,从餐厨垃圾中筛选出若干对其主要成分具有显著降解效果的优势菌种。通过对样品水溶性TOC(TOCw)、水溶性凯氏氮(KNw)、水溶性C/N(KNw)、pH以及含水率等指标的分析,考察优势菌种对餐厨TAD的促进作用。研究表明,优势菌种制剂最优添加量为1%。在此剂量下,好氧消化60 h,TOCw由8.53%降低为2.49%,C/Nw由18.71降低至6.14,以上指标说明加入优势菌种可加速TAD反应。添加量1%样本的水溶性凯氏氮和pH在反应48 h后开始回升,而未添加生物制剂的样本相关参数回升时间需96 h以上,由此推断优势菌种对TAD的促进机制是加快了蛋白质等大分子有机物的降解速度。     

高效石油降解菌的筛选鉴定及修复能力研究

为了得到高效的石油降解菌,本研究利用以柴油为唯一碳源的培养基从山东胜利油田、新疆克拉玛依油田和陕西长庆油田3处的石油污染土壤中富集纯化出3株高效的石油降解菌,分别命名为WTS、Z3-P和H4-1.测试结果显示,经过10d的降解实验,这3株降解菌对柴油的降解率均达到60%以上,降解效果良好,其中,WTS的降解效率最高,达到75%;用这3株菌进行污染土壤的修复实验,污染土壤中石油烃降解半衰期为30d左右,为自然情况下的1/4左右.对石油降解菌进行生理生化反应鉴定以及细菌16S rRNA鉴定结果表明,WTS是柠檬酸杆菌(Citrobacter sp.),H4-1是木糖氧化产碱菌(Alcaligenes xylosoxydans),Z3-P为芽孢杆菌(Bacillus sp.).     

Characterization of sulfide oxidation and optimization of sulfate production by a thermophilic Paenibacillus naphthalenovorans LYH-3 isolated from sewage sludge composting

The sulfur-containing odor emitted from sludge composting could be controlled by sulfide oxidizing bacteria, yet mesophilic strains show inactivation during the thermophilic stage of composting. Aimed to investigate and characterize the thermotolerant bacterium that could oxidize sulfide into sulfate, a heterotrophic strain was isolated from sewage sludge composting and identified as Paenibacillus naphthalenovorans LYH-3. The effects of various environmental factors on sulfide oxidation capacities were studied to optimize the sulfate production, and the highest production rate (27.35% ± 0.86%) was obtained at pH 7.34, the rotation speed of 161.14 r/min, and the inoculation amount of 5.83% by employing Box-Behnken design. The results of serial sulfide substrates experiments indicated that strain LYH-3 could survive up to 400 mg/L of sulfide with the highest sulfide removal rate (88.79% ± 0.35%) obtained at 50 mg/L of sulfide. Growth kinetic analysis presented the maximum specific growth rate µ_m (0.5274 hr⁻¹) after 22 hr cultivation at 50°C. The highest enzyme activities of sulfide quinone oxidoreductase (0.369 ± 0.052 U/mg) and sulfur dioxygenase (0.255 ± 0.014 U/mg) were both obtained at 40°C, and the highest enzyme activity of sulfite acceptor oxidoreductase (1.302 ± 0.035 U/mg) was assessed at 50°C. The results indicated that P. naphthalenovorans possessed a rapid growth rate and efficient sulfide oxidation capacities under thermophilic conditions, promising a potential application in controlling sulfur-containing odors during the thermophilic stage of sludge composting.