低温沼气发酵高效菌系的筛选及微生物群落解析

为提高低温下沼气发酵效果,该研究使用不同接种物进行沼气发酵,并利用Mi Seq高通量测序技术对优良接种物发酵沼液的群落结构进行分析。结果显示,以牛粪作为接种物在日产气量、产气速率和甲烷含量方面均优于其他组。高通量测序结果分析表明接种牛粪接种物后在细菌群落上形成的优势类群为Bacteroidetes,Firmicutes,Proteobacteria和Spirochaetae,并以Firmicutes和Bacteroidetes占主要优势地位;在古菌群落结构上形成的优势菌群在目的分类水平主要为Methanosarcinales、Miscellaneous Crenarchaeotic Group(MCG)和Methanomicrobiales,并以Methanomicrobiales为主,在属的分类水平上主要为Methanosaeta,MCG和Methanosarcina,其中Methanosaeta占主要地位。该研究为低温沼气发酵接种物的筛选和相关菌系分离及利用提供了科学依据。     

魔芋废弃物干发酵试验研究

在l5℃,25℃,35℃条件下,采用批式沼气发酵装置,研究了温度对魔芋废弃物干式发酵过程的影响,分析了魔芋废弃物干式发酵的可行性.结果表明,在发酵液TS为20%的条件下,35℃比25℃,15℃产气速率分别提高l1.2%和33.9%..5℃条件下具有明显优势,在10 d左右产气便能达到总产气量的90%,产气高峰时沼气中甲烷含量可达65.4%,TS,VS产气率分别为433 mL·g-1,566 mL· g-1.魔芋废弃物干发酵过程中,没有出现酸抑制和氨抑制的现象,可以作为沼气发酵原料直接进行干式发酵.     

甘蔗叶干法厌氧发酵工艺研究

为实现甘蔗叶的能源化利用,采用干法厌氧发酵方法研究发酵原料总固体含量为20%时,不同接种量、草粪比以及发酵温度对甘蔗叶产气量和产甲烷的影响。结果表明：接种量在30%和40%时发酵可以正常启动,接种量为40%时总产气量最高,但发酵后期甲烷含量下降很快;草粪比为1∶1和2∶1时总产气量高,甲烷含量均在60%以上,产气效果明显好于草粪比为1∶0的处理组;发酵温度为35℃时,总产气量和甲烷含量最高,发酵温度为30℃和40℃时总产气量相差不大。甘蔗叶干法厌氧发酵产沼气效果较好的工艺参数为：接种量30%、草粪比1∶1和发酵温度35℃。各处理组在甲烷含量达到最高值之前,甲烷含量与发酵时间之间呈现很强的线性相关性。产气高峰过后,虽然日产气量明显下降,但气体中甲烷含量下降幅度不大。     

秸秆与粪便不同配比发酵产沼气试验研究

本试验以秸秆与粪便的不同原料配比,设置十个处理进行沼气发酵试验。通过对比启动时间、总产气量、TS产气率及甲烷含量等参数,以探讨最佳的原料配比。结果表明:秸秆比例过大或过小生产沼气的效率均不高,只有50%秸秆与50%粪便配合时,其总气量,TS产气率及甲烷含量才达到最高。秸秆原料可完全替代粪便生产沼气,但必须进行前处理,且发酵启动慢,比纯粪便原料慢了3～10天,产气高峰期也推迟了15天左右,但产气持续时间较长,可达6个月左右。     

基于宏基因组的青海农用沼气池微生物组成和功能分析

以产气性能不同的青海农用沼气池为研究对象,利用宏基因组技术分析了全年温度最高和最低时期污泥样品的微生物组成和功能特征。物种注释显示发酵系统中蕴藏着丰富的微生物种群。在细菌类群中,拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门丰度最高,占所有菌群相对丰度的72. 37%～74. 00%,参与关键的发酵作用。在4种样品中,互养菌门(相对丰度1. 62%～4. 73%)丰度偏低,与沼气产气的变化规律相一致,可能是沼气生产重要的功能类群。在属水平上,优势类群依次是海螺菌属(相对丰度6. 75%)、梭菌属(相对丰度4. 56%)、密螺旋体属(相对丰度3. 60%)和假单胞菌属(相对丰度3. 01%)。古菌类群中,产甲烷菌属(相对丰度25. 41%～31. 65%)是最优势类群,也是最主要的产气功能类群。功能注释表明,产气好比产气差的样品具有更多的有效基因,参与甲烷代谢相关路径的功能基因丰度更高。在样品中,甲烷代谢途径涉及的氢代谢-营养型产甲烷菌参与CO2还原反应,所有代谢通路完整,且产气好的样品功能酶基因丰度趋高。研究结果表明,在青海农用沼气发酵系统中,甲烷产生的途径主要依赖于H2氧化/CO2还原的合成。     

不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究

为了研究发酵温度对厌氧发酵产沼气的成分影响,在4个11.5 L的发酵罐中进行了恒温19℃,30℃,37℃和52℃的鲜牛粪厌氧发酵实验,并用沼气分析仪实时测量了沼气成分。实验结果表明,37℃恒温厌氧发酵的产气量和产甲烷量为最大,其发酵周期为22天,在发酵周期内干物质产气率为0.31 m3.kg-1,池容产气率为0.76 m3.m-3d-1,平均甲烷含量为53.59%;19℃厌氧发酵的产气量和产甲烷量都为最小。     

农牧废弃物恒温干/湿厌氧发酵过程研究

为对比干发酵和湿发酵过程中产气性能的差别,对比试验研究了3 m~3恒温(37±1)℃发酵罐内单一牛粪干/湿发酵过程中日产气量、累计产气量、产气率及甲烷体积分数和pH及氨氮的变化,并最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程。试验结果表明:以TS(总固体浓度)为20%的干发酵系统累计产气量为51.375 m~3,最大日产气量可达2.198 m~3,分别比TS为8%的湿发酵多11.076 m~3和0.301 m~3;干发酵的池容产气率为0.558 m~3/(m~3·d),比湿发酵实验组提高了15.95%;干/湿发酵系统的日均甲烷体积分数分别为51.3%和48.6%。在试验过程中,干/湿发酵恒温沼气罐内的pH值及氨氮含量均介于正常范围之内,没有发生抑制现象使得试验可以顺利进行。通过修正的Gompertz方程对干/湿厌氧发酵的产甲烷过程进行拟合,拟合的结果R~2在均大于0.99,表明实际产甲烷潜力值和拟合的产甲烷潜力值很接近,显示出了较高的准确性。该研究结果可为农牧废弃物干发酵工程提供理论依据和指导。     

外源重金属对猪粪厌氧发酵产气特性的影响北大核心

文章针对当前畜禽粪便中重金属含量较高的问题,研究外源添加重金属对厌氧发酵的影响,旨在为我国沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。以猪粪为发酵原料,采用厌氧发酵技术,通过监测沼气产量及甲烷含量,研究外源添加重金属Cu,Zn,Cr对猪粪厌氧发酵产气特性的影响。通过试验研究,得出如下结论:在添加外源重金属Cu和Cr的沼气发酵中,随着发酵反应中重金属Cu含量增大总产气量减少,甲烷含量降低;在添加外源重金属Zn的沼气发酵中,外源Zn可促使产气高峰提前,可提高甲烷含量。     

污泥驯化对苎麻废弃物厌氧消化产沼气的影响

在中温(35℃)条件下对苎麻废弃物进行厌氧消化试验,比较污泥驯化与否对厌氧消化体系的产气量和甲烷含量的影响。结果表明,未经污泥驯化,苎麻废弃物展现出厌氧消化可行性,经过污泥驯化后,厌氧消化产气速率提升,产气缓滞期得到明显缩减或消除,原料产甲烷潜力达到44 mL·g^-1鲜料,即194 mL·g^-1TS。其中,日产沼气和日产甲烷高峰期从2天延长至6天。此外,采用驯化后的污泥,CH_4百分比在5天内迅速上升至55%,并在后期一直稳定于60%左右,表明污泥驯化使苎麻废弃物厌氧消化过程得到了较大促进。     

瘤胃菌剂在户用沼气池中的应用研究

针对北方农村地区户用沼气池产气效率低、原料短缺、保温效果差等问题,文章选取两座户用沼气池进行对比试验,以秸秆、鸡粪作为发酵底物,试验池接种瘤胃菌剂,考察低温条件下沼气池运行效果。结果表明,未接种瘤胃菌剂的对照池的日均产气量为0.42 m~3·d~(-1),产生的沼气中甲烷含量为61.56%;接种瘤胃菌剂的试验池的日均产气量达到0.8 m~3·d~(-1),产气中甲烷含量达到65.41%。接种瘤胃菌剂的沼气池发酵过程中还原糖与挥发性脂肪酸产量均有显著提高,并对温度变化的缓冲能力优于未接种瘤胃菌剂的沼气池。     

玉米秸秆厌氧发酵过程中添加氮素对微生物群落和沼气产量的影响

厌氧发酵是在多种微生物共同作用下完成的,发酵体系中氮浓度对微生物群落和沼气产量有重要的影响,为明确沼气发酵过程中氮素添加对微生物和产气量的作用,文章以玉米秸秆为原料,发酵体系20 L,TS为8%,添加1 g·L~(-1)尿素作为处理、不添加氮素作为对照,进行半连续进料的沼气发酵试验。利用16SrRNAgene测序和宏基因组学分析发酵料液中微生物多样性和关键功能基因丰度的变化。结果显示,处理的产气高峰提前,发酵周期缩短,发酵前10 d,20 d,30 d甲烷累积产量分别为64943 mL,137048 mL和199459 mL,显著高于对照。处理体系中梭菌属(Clostridium),甲烷袋状菌属(Methanoculleus),Sphaerochaeta和Ruminofilibacter等菌属丰度在产气高峰时期提升,在能量代谢中与甲烷代谢相关的基因的丰度提升。在玉米秸秆沼气发酵体系中,添加氮素通过提高沼气发酵功能菌株和甲烷代谢相关基因的丰度从而缩短发酵周期并提高沼气产量。     

甾体制药渣发酵产沼气实验研究

文章以生产甾体类药物过程中的药渣为原料,进行批量式和半连续式沼气发酵实验。通过批量沼气发酵实验测定药渣的发酵情况和产沼气潜力。采用CSTR反应器进行半连续沼气发酵实验。批量实验结果表明:在温度为32℃和TS浓度为3.8%的条件下发酵,药渣的产气潜力达到667 mL·g~(-1)TS和748 mL·g~(-1)VS。在温度为28℃,32℃,36℃和TS浓度为5%的条件下进行发酵,28℃下药渣的产气潜力达到514 mL·g~(-1)TS和576 mL·g~(-1)VS;32℃下药渣的产气潜力达到539 mL·g~(-1)TS和604 mL·g~(-1)VS;36℃下药渣的产气潜力达到601 mL·g~(-1)TS和674 mL·g~(-1)VS。Gompertz模型的拟合结果也较好地反应了批量发酵过程中物料降解情况。半连续沼气发酵实验设置发酵TS浓度为4%和5%,发酵温度为30℃,水力滞留时间为15 d。实验结果表明:CSTR反应器最高日产气量达11 L,稳定期日均产气量为9413 mL。池容产气率最高达1.02 L·L~(-1)d~(-1),沼气中的甲烷含量达到60%以上。甾体制药渣具有良好的产沼气潜力,适宜应用于沼气工程,是一种具有广阔开发前景的生物质资源。     

低温沼气干发酵高效产甲烷复合菌系的选育

将7个不同低温厌氧环境样品接种到TS 30%的发酵底物中,在19℃±0.5℃低温条件下驯化,筛选出三组适宜干发酵的低温产甲烷复合菌系。甲烷含量为65.35%,63.75%,65.80%,总产气量为15840 mL,14910 mL,16650 mL,甲烷含量达到50%以上时的累积产气量分别占总产气量的76.45%,73.84%,84.93%,池容产气率为0.87 L.L-1d-1,0.9 L.L-1d-1,0.93 L.L-1d-1。三组复合菌系使低温沼气干发酵的启动期提前、池容产气率和甲烷纯度提高。     

玉米秸秆与牛粪混合原料的沼气发酵试验

本试验设置牛粪与玉米秸秆三种配比进行沼气发酵,在保持相同温度、浓度和碳氮比的条件下,对比各处理在发酵过程中的产气量、甲烷含量及硫化氢含量的变化情况.结果表明:牛粪中所加的秸秆越少,其产气总量和甲烷含量就越高,大小顺序为:处理Ⅲ>处理Ⅱ>处理Ⅰ,纯秸秆原料也能产气,但发酵慢、产气量较低.在三种处理中以15%秸秆+85%牛粪的原料配比相对较好.     

不同牲畜粪便厌氧发酵产沼气性能研究

为提高牲畜粪便厌氧发酵产沼气速率和综合利用率,文章以猪粪和牛粪及其混合物作为发酵原料,在常温条件下(25℃~35℃)进行厌氧发酵产沼气试验。结果表明:猪粪、牛粪及其混合物在发酵65 d内的累积产气量为15.42 m~3,5.33 m~3和11.30 m~3,单位TS产气率为0.33 m~3·kgd~(-1)TS,0.19 m~3·kgd~(-1)TS和0.30 m~3·kgd~(-1)TS,池容日平均产气率为0.16 m~3·m~(-3)d~(-1),0.055 m~3·m~(-3)d~(-1)和0.12 m~3·m~(-3)d~(-1)。猪粪甲烷含量在发酵开始9 d时稳定到50.0%以上,牛粪在发酵开始3 d时即达到57.5%,此后一直在50.0%以上,其混合组在发酵开始4 d时即达到59.7,此后一直在55.0%以上。不同牲畜粪便混合发酵能克服其单独发酵性能的不足之处,也是提高牲畜粪便产沼气速率和综合利用率的有效途径。     

接种量对农牧业混合原料干发酵产气性能的影响

为了更高效、环境友好化地利用甘肃省玉米秸秆和甘蓝尾菜等生物质资源,文章研究接种量对混合原料干发酵过程产气性能与启动速度的影响。试验在中温(37℃±1℃)TS为20%条件下,不同数量接种污泥与牛粪玉米秸秆或牛粪甘蓝菜叶混合后的干发酵过程,监测了接种量分别为20%,30%,40%时pH值、氨氮含量、日产气量、甲烷含量、累计产气量和累计产甲烷量等参数变化。结果表明:当接种污泥与牛粪玉米秸秆混合时,接种量40%的混合原料干发酵累计产气量最高,为207.46 L,平均甲烷含量52.2%,日最高产气量为11.76 L,日平均容积产气率为1.09 L·L^-1;当接种污泥与牛粪甘蓝叶混合时,接种量为30%的混合原料干发酵累计产气量最高,为159.96 L,平均甲烷含量47.8%,日最高产气量为8.90 L,日平均容积产气率为0.84 L·L^-1;除20%接种量与牛粪玉米秸秆混合试验组第3天才开始产气外,其余干发酵均在第1天就开始产气;由于接种污泥的缓冲作用,所有厌氧干发酵过程中氨氮含量一直低于1500 mg·L^-1,没有发生厌氧反应被抑制的现象。混合原料恒温干发酵可以实现生物质资源更合理的应用。     

不同菌渣产沼气对比试验研究

试验采用3种菌渣作沼气发酵的原料,以纯小麦秸秆做为对照,比较4种原料的产气量及沼气中的甲烷含量。结果表明:小麦秸秆、稻草及棉籽壳3种菌渣均可发酵产沼气,但产气量比较低,干物质产气率远小于栽培食用菌之前的纯秸秆。棉籽壳菌渣的干物质产气率约是小麦秸秆菌渣的2倍,稻草菌渣的产气率介于二者之间。3种菌渣所产沼气中的甲烷含量也略有差异,其大小顺序为:棉籽壳菌渣小麦秸秆菌渣稻草菌渣。在农业生产上应首选棉籽壳菌渣作为沼气发酵原料。     

胶合板废水沼气化处理可行性试验研究

文章探讨了酸化与未酸化胶合板制造废水的理化特性与产气特征,并探索性地对胶合板制造废水沼气化处理可行性进行了试验研究。结果表明,酸化废水和未酸化废水可生化性均较差。从COD降解效果来看,酸化废水和未酸化废水降解率70%左右。从沼气中CH_4含量分析,已酸化的胶合板废水经厌氧沼气发酵所产沼气中甲烷含量不足35%,显然不适合用沼气化方法对其进行处理;而对未酸化废水而言,经发酵后所产沼气中甲烷含量可达到53.9%左右。所以,未经酸化处理的胶合板加工废水使用沼气化处理方法是基本可行的,且每处理1 m~3未酸化废水可产生0.856 m~3沼气。     

用DGGE和Real-Time PCR对低温沼气池中产甲烷古菌群落的研究

利用DGGE及Real-Time PCR技术对不同地区低温沼气池中沼泥行进发酵前期、后期产甲烷古菌群落变化进行了研究.DGGE技术用于分析发酵前后产甲烷古菌优势群落的变化;Real-Time PCR技术用于分析发酵前期、后期样品产甲烷古菌的数量变化.结果表明,沼气低温发酵的过程中,不同沼泥样品发酵前期、后期产甲烷古菌的优势群落差异明显且数量上也存在较大差异;主要变化的产甲烷古菌的优势群落为甲烷粒菌属(Methanocorpusculum),甲烷八叠球菌属(Methanosarcina),甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta).甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)在黑龙江沼泥样品(A1)发酵后期成为优势群落,甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta)在山东发酵前期(B1),后期样品(B2)及安徽发酵前期样品(C1)中占有绝对优势.产甲烷古菌的数量介于104 ～ 105个·mL-1之间,其中黑龙江样品中产甲烷菌数量最多,而安徽样品中产甲烷菌数量最少.     

沼气发酵动力学研究

根据酶促反应动力学原理,我们研究了麦秸在35℃条件下不同浓度的沼气发酵反应规律。将测定的甲烷产率与底物浓度的相关结果,根据米氏方程V=Vmax·[S]/(Km+[S]),采用Lineweaver-Burk双倒数作图法,求出了麦秸沼气发酵的Km=66.67(克/升)和Vmax=1.74(升甲烷/升·天),利用这两个数据可以计算出利用麦秸进行沼气发酵时任意浓度的甲烷产率,为研究沼气发酵规律提出科学数据。在研究中同时发现,当底物浓度大于7％,则会因酸化和甲烷化速度的不平衡而使发酵液的pH降至5.5左右,使产甲烷菌的活动受到抑制。另外还观察到在总挥发酸浓度变化于6000—1000ppm之间,或当乙酸浓度变化于3000-500ppm之间时,沼气发酵出现并维持产气高峰。