工艺措施对猪粪秸秆混合厌氧干发酵产气性能的影响

为避免挥发性脂肪酸积累、提高产气效率,研究猪粪单独发酵、猪粪秸秆混合发酵、猪粪秸秆混合原料分层接种和猪粪秸秆混合原料渗滤液回流等工艺措施下,中温(37℃)厌氧干发酵(总固体含量为20%)的产酸及产气性能。结果表明:猪粪秸秆混合原料分层接种厌氧发酵启动快,产气效果最佳,累积挥发性固体含量VS产甲烷量可达139.2mL/g;混合发酵渗滤液回流可有效降低总挥发性脂肪酸(total volatile fatty acids,TVFAs)质量浓度(维持在0.66 mg/g),累积VS产甲烷量比分层接种低16.7%;猪粪秸秆混合发酵与猪粪单独发酵的反应器中TVFAs质量浓度分别达到19.08和19.83 mg/g,前15 d日产甲烷量为0.1 mL/(g·d),基本不产气。通过不同工艺措施对比,获得产气量最高和启动期最快的发酵方式,提高猪粪厌氧干发酵产气效率,为猪粪等高固体含量有机废弃物的资源化处理利用提供参考。     

猪粪对秸秆一体化两相厌氧产气的影响

为了研究秸秆与猪粪混合物在一体化两相厌氧消化工艺中的可行性,该文研究了中温条件下,在玉米秸秆原料中添加不同比例的猪粪,对秸秆一体化两相（combined two phase）厌氧消化工艺的影响,同时研究CTP反应器中上、中、下部发酵后物料的产气潜力,以解析CTP中不同部位物料的发酵情况。试验结果表明：添加猪粪可将以纯秸秆为原料的产气量从314 L显著提高至500 L左右,但会影响反应过程中的pH值、产气和产酸的稳定性,添加体积比为20%的猪粪更能促进发酵性能;CTP反应器不同部位产气潜力试验表明,中部产气量最低,以水解酸化过程为主,下部的产气量最高,以产甲烷过程,20%的猪粪体积添加量在满足CTP工艺要求的同时,更好地促进了两相分区,强化了CTP的优势。     

不同因素对秸秆两相厌氧消化的影响

两相法是有机固废物厌氧发酵的主要工艺,该文以稻秸为发酵原料,在实验室条件下比较了单相与两相法两种工艺下的产气量,研究了不同接种物对秸秆水解酸化的影响,pH值、曝气处理对相分离的效果,以期为秸秆两相法厌氧发酵工艺提供基础参数。研究结果表明,在总固体(TS)质量分数8%、35℃条件下,与秸秆单相厌氧发酵相比,采用两相工艺能将沼气中甲烷含量平均由50%提高至66%,但对秸秆原料产气量没有显著影响,接种毛头鬼伞菌（编号为0901）及厌氧污泥可以加快稻秸水解,与对照相比,稻秸半纤维素、纤维素降解率分别提高了2.11倍和8.91倍,间歇曝气不仅不能抑制产酸相产甲烷,还影响总产气量,调节酸化相pH值6.0,可以有效抑制秸秆产酸相的产甲烷,水解酸化相产气所占系统比例由79.52%下降到18.88%,甲烷相产气比例由20.48%提高到81.12%,以上研究为秸秆两相厌氧发酵控制技术提供有益参考。     

香蕉秸秆与牲畜粪便固体联合厌氧发酵产沼气的特性

为了探讨香蕉秸秆与牲畜粪便的组合对固体厌氧发酵产沼气特性的影响,该文在20%的固体质量分数和中温(35±1)℃条件下,分别开展了不同质量分数的牛粪或猪粪与香蕉秸秆的联合厌氧发酵产气性能的比较研究。结果表明,与香蕉秸秆单独厌氧消化相比较,分别组合质量分数为75%的牛粪和猪粪,沼气累积产量可提高1.3～2.0倍。虽然组合猪粪或牛粪皆可改善底物厌氧消化产气性能,促进产气量的提高,但二者对改善底物的厌氧产气特性的影响不同,组合猪粪可以显著增强产气效率。对于猪粪与香蕉秸秆的组合底物,当猪粪的质量分数为50%时,甲烷产率和累积甲烷产量达到最高值,分别为191 mL/g和12.7 L,较牛粪与香蕉秸秆的组合底物分别提高了69%和92%。而沼气产率和累积沼气产量最高值出现在猪粪的质量分数为75%时,较牛粪与香蕉秸秆的组合底物分别提高了18%和32%,达到365 mL/g和23.9 L。此外,2种牲畜粪便的组合亦可显著增强底物中纤维素和半纤维素降解,它们的降解率相较于香蕉秸秆单独厌氧消化最高可提高1.2和3.6倍。该文研究结果可为香蕉秸秆和牲畜粪便固体厌氧产沼气工程提供参考。     

稻草与猪粪混合厌氧消化特性研究

在中温条件下（35℃）,研究了稻草中添加猪粪对厌氧消化过程的影响,分析了消化过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH、挥发性脂肪酸以及硝态氮和氨态氮的变化。结果表明,将猪粪与稻草混合厌氧消化产沼气可以顺利进行,混合物的Vs产气量为330．14L·kg^-1 VS,沼气中甲烷含量为62．88％,添加猪粪对稻草产气量和有机酸的影响不明显,但对发酵过程中可能出现的酸积累有一定的缓冲作用。添加猪粪可以大幅提高发酵液中NO3-N含量,较稻草的处理提高34．53％,对提高消化液的肥料价值有重要意义。因此,将稻草与猪粪混合厌氧消化产沼气是完全可行的。     

猪粪秸秆不同物料比对固体产酸发酵效果的影响

在沼液回流的条件下,研究猪粪和秸秆固体产酸发酵过程中,不同原料配比（猪粪与秸秆质量比分别为4︰1、2︰1、1︰1、1︰3和0︰1即纯秸秆）对产酸发酵效果的影响。试验结果表明：增加发酵原料猪粪比例有利于调节发酵体系pH值,但酸化液中氨氮质量浓度较高;沼液回流能有效避免体系过酸现象;上述不同原料质量配比产酸发酵产物以乙酸为主,试验周期内,累积产乙酸质量分别占各反应器挥发性脂肪酸（VFAs）总质量的80.8%、81.8%、77.1%、78.3%和73.8%,酸化液中丙酸质量浓度均低于1.6 g/L,累积产生质量分别占各反应器VFAs总质量的4.8%、2.8%、7.2%、6.5%和8.4%。综合分析表明,猪粪与秸秆比为2︰1时,发酵过程中产酸效果优于其他配比试验。     

固态厌氧消化过程中有机质、有机酸和产气量空间异质性

研究反应器内发酵物料中有机质、有机酸和产气量在反应器中的空间差异对于有效提高混合物料的厌氧产气效率具有关键作用。该文以猪粪和秸秆混合物料为发酵原料,接种活性污泥,采用中温（35℃）筒式两相厌氧发酵工艺,对混合固态物料厌氧消化过程中不同区域料液的有机质、有机酸和产气速率进行监测,并主要分析其纵向的空间异质性变化。结果表明：固态厌氧发酵过程中,TS、VS、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的质量分数随着物料距反应器底面高度的增加而增大,越接近料液顶端,纵向差异越强,反之浓度降低越快,这5种关键物质在料液底部浓度较为均一,异质性明显降低;产气速率和单位VS累计产气量随着物料距反应器底面高度的增大而增加,皆为底层最低而顶层最高;反应过程中存在核心厌氧区,厌氧系统累计产气量和料液高度具有明显的幂增函数（R2=0.9754）关系,该研究为固态厌氧高效发酵提供了数据参考。     

猪粪固体含量对厌氧消化产气性能影响及动力学分析

为优化猪粪厌氧消化总固体质量分数（total solid,TS）,以猪粪为原料,采用批式试验方法,研究不同TS对厌氧消化产气性能的影响。结果表明：底物固体质量分数分别为3.0%、7.5%、12.0%和15.0%时,猪粪的挥发性物质（volatile solid,VS）沼气产率随底物固体质量分数的增加而降低,分别为579、527、356和237 mL/g,底物固体质量分数为3.0%和7.5%时的CH4产率优于其他固体质量分数,分别为317和326 mL/g,占理论CH4产率的66.9%和68.8%;不同固体质量分数厌氧消化过程中,最高产CH4速率分别为37.0、24.4、10.4和4.7 mL/(g·d);固体质量分数为7.5%时消化体系的TS、VS降解率最高,分别达到49.2%和65.5%;固体质量分数为3.0%和7.5%的厌氧消化过程符合一级动力学方程,但猪粪的产甲烷速率常数从0.126 d-1下降到0.063 d-1;与3.0%的固体质量分数相比,消化时间为30 d时,底物的生物转化产CH4效率随固体质量分数的增加分别降低6.3%、55.8%和74.7%,固体质量分数为3.0%和7.5%时生物转化产CH4效率达到58.0%所需的时间分别为18和30 d。     

农村有机生活垃圾等混合物料厌氧发酵产沼气性能

为获得有机生活垃圾、玉米秸秆和牛粪混合物料厌氧发酵产沼气性能,为农村废弃物沼气工程高效运行提供依据,在初始总固体（TS）为12%和中温（35±1）℃条件下,考察了有机生活垃圾、玉米秸秆与牛粪三物料不同湿基质量比（1∶0∶2、1∶0.5∶1.5、1∶1∶1、1∶1.5∶0.5、1∶2∶0）对厌氧发酵过程的影响。结果表明：与双物料混合厌氧发酵相比,三物料混合厌氧消化能显著提高原料产气率,有机生活垃圾、玉米秸秆和牛粪配比为1∶1∶1的组合单位TS累积产气量高于其他处理;不同发酵物料配比能影响厌氧发酵完成时间,随着秸秆比例的增加,完成厌氧发酵的时间逐渐增长,有机生活垃圾和牛粪的组合与三者配比为1∶0.5∶1.5、1∶1∶1、1∶1.5∶0.5和1∶2∶0的处理相比,厌氧发酵完成时间分别缩短了12、15、19、22 d;三物料混合发酵适宜的配比能平衡发酵系统中酸的浓度,防止系统酸化,并能提高纤维素半纤维素降解率。综上认为三物料最佳配比为1∶1∶1。     

废弃食用油脂两相厌氧发酵酸化条件优化

油脂的水解和长链脂肪酸的降解是油脂厌氧发酵过程中的限速步骤,提高水解酸化阶段挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)的产率,有助于后续甲烷化反应的进行。利用响应面方法(response surface methodology,RSM)对废弃食用油脂两相厌氧发酵水解产挥发酸条件进行优化,考察了初始p H值、原料负荷、反应时间和接种量对产生挥发酸浓度的影响,提出采用该工艺的数学模型及优化后的工艺参数。结果表明,各影响因子对挥发酸的影响顺序为:接种量反应时间原料负荷初始p H值,方程的F值为15.65,相关系数为0.9359,调整相关系数为0.8761,说明数学模型可以较好地模拟真实的反应曲面。优化得到最佳的工艺参数为初始p H值6.2、负荷300 g/L、反应时间8 d、接种量40%,在该条件下,实际产挥发酸7 221.0 mg/L,与预测值7 224.0 mg/L吻合且重现性较好。厌氧产甲烷试验表明,酸化后废弃油脂较未酸化油脂在甲烷产量、甲烷含量、总化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率及挥发性固体(volatile solid,VS)去除率方面分别提高了44%、11%、28%和51%,经酸化处理比未酸化油脂的厌氧发酵时间(完成一个厌氧发酵周期内总产气量的80%的时间)缩短了28%。该研究结果为废弃食用油脂的两相厌氧发酵中试提供了参考。     

污泥农用对土壤和作物重金属累积及作物产量的影响

以3 a定位试验为基础,比较3种不同处理的污泥肥料（消化污泥、污泥堆肥及污泥复混肥）农田施用下土壤养分、土壤和作物籽粒中Mn、Cu、Zn、Pb、Cd 5种重金属的积累以及作物产量的变化情况,以阐明污泥农用对土壤及作物的影响。研究表明,3种污泥肥料提高了土壤中氮素和有机质的含量;与空白和普通化肥处理相比,3种污泥肥料增加了土壤中Mn和Cu的含量,而对土壤交换态重金属含量没有显著影响;3种污泥处理均增加了小麦籽粒中Zn的含量;相对普通化肥处理,3种污泥肥料处理对小麦和玉米产量均无显著影响。合理施用污泥肥料可以有效地提高作物产量;污泥肥料施用对土壤重金属有一定累积效应,但短期施用对土壤比较安全。     

两次投加竹炭对UASB反应器污泥颗粒化的促进作用

为考察竹炭不同投加方式对UASB反应器污泥颗粒化过程的影响,以猪场废水为培养基质,对比分析了试验组（启动初期和颗粒污泥形成后两次投加粉末竹炭）和对照组（仅在启动初期投加1次粉末竹炭）两台UASB反应器中污泥颗粒化过程。结果表明：在颗粒污泥出现后再次投加粉末竹炭可促进颗粒污泥的增殖与稳定,有利于大粒径颗粒污泥的形成和致密化,改善颗粒污泥沉降性能,进而提高有机物去除效果。试验运行至第57 天,试验组反应器底部和上部污泥颗粒化程度（SGR）分别为94.5%和60.7%,比对照组分别高出了7.9%和17.3%,其中试验组反应器底部粒径大于 1.7 mm的颗粒污泥质量分数达到了41.7%,而对照组仅为32.4%;试验组反应器化学需氧量（COD）去除率为81.6%,明显高于对照组（75.7%）。试验结果证明,在UASB污泥颗粒化过程中,于颗粒污泥出现后再次投加粉末竹炭,可加快UASB 反应器的启动。     

用于污泥厌氧消化的温室-太阳能热水器组合增温系统

利用温室-太阳能热水器组合增温工艺提高和保持厌氧消化反应器的消化温度,实现厌氧消化反应器在中温（春、秋、冬季）和高温（夏季）条件下高效稳定运行。以剩余污泥为原料,考察了该组合工艺一年四季的保温效果和污泥厌氧消化产气性能,并对各季节的能源产出和消耗情况进行对比分析。结果表明：与自然环境下的反应器I相比,温室内反应器II的温度在春夏秋三季分别提高了13.0～28.5℃、15.0～26.5℃和10.7～12.2℃,具有良好的增温和保温效果。春夏秋三季污泥厌氧消化的累积产气量分别提高了176.1%、98.8%和109.9%;总固体（TS）和挥发性固体（VS）去除率分别提高了6.8%～27.1%和7.5%～24.1%。通过能源产出和消耗情况分析,发现反应器II在春夏秋三季度的能源转化效率比反应器I提高了21.0%、38.5%和30.3%,冬季的耗能大于产能,但能保证厌氧消化的持续高效运行。     

剩余污泥厌氧消化过程重金属形态转化及生物有效性分析

为研究污泥厌氧消化过程中物理化学性质的变化对典型重金属形态转化的影响,对其农用的可行性及生物有效性进行评估,对取自某城市污水处理厂的剩余污泥进行了序批式厌氧消化实验,在试验过程中测定了污泥理化学性质,采用Tessier分步提取法提取了污泥样品中的典型重金属,并采用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-OES）测定各形态重金属含量及总量。结果表明,厌氧消化过程中重金属的形态发生了显著变化,由不稳定态向比较稳定的残渣态和有机结合态转变,某些重金属形态与污泥理化性质如pH、碱度、VS/TS及氨氮显著相关。厌氧消化可以有效地降低污泥中重金属的潜在迁移能力和生物有效性,经厌氧消化后污泥可以更好地进行土地利用。     

污泥厌氧消化过程的流变规律与脱水性能

为阐明厌氧消化过程中污泥流变学与污泥理化性能(脱水性能)之间的关联及低温水解预处理对污泥厌氧消化产气的影响,对常规污泥及低温热水解预处理污泥进行厌氧消化试验,结果表明试验结束时,低温热水解-厌氧消化的挥发性固体(volatile solids, VS)去除水平较常规厌氧消化污泥提高3.7个百分点,低温热水解预处理也使得消化污泥的脱水性提高1.59%;污泥屈服应力分别了降低了64.51%和71.47%;稠度系数分别减小了90.94%和92.83%,污泥流动性增强。整个消化过程VS/总固体(totalsolids,TS)和屈服应力随时间的变化均呈对数下降趋势;通过线性方程拟合和皮尔逊相关性分析表明,屈服应力与VS/TS、屈服应力变化与脱水性能改善两两间的拟合优度(R^2)均大于0.94,表明在厌氧消化过程中屈服应力、屈服应力变化与污泥VS/TS、脱水性能具有较好的线性关系。研究结果从流变学角度为厌氧消化过程中的监控和优化提供新思路和理论依据。     

花生壳磁性生物炭对颜料污泥厌氧消化及重金属形态的影响

投加外源添加剂磁性生物炭（Magnetic Biochar,MBC）是解决颜料污泥厌氧消化效率低和重金属钝化效率低的有效途径。该研究选取农业废弃物花生壳制备生物炭（Biochar,BC）,而BC对厌氧消化和重金属钝化的影响有限,对其赋磁改性制得MBC以提升影响效果。设置3组厌氧消化批式试验,A组为对照组,B组投加BC,C组投加MBC,探索花生壳MBC对颜料污泥厌氧消化效率及重金属Cr和Ni钝化的影响。结果表明,MBC投加可有效提升消化系统挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acids,VFAs）的产量,最高VFAs浓度达914.5 mg/L,较对照组（最高浓度603.9 mg/L）提升51.4%。同时MBC可实现生物炭和Fe3O4的双重直接种间电子传递（Direct Interspecies Electron Transfer,DIET）效应的耦合,缓解消化系统的酸化并提高有机物去除率和CH4累积产量。与对照组相比,挥发性固体（Volatile Solid,VS）去除率、累积甲烷产量、平均日甲烷产量和平均日甲烷产率分别提升37.8%、56.3%、56.3%和37.2%。此外,MBC投加可有效降低颜料污泥的重金属生物可利用态分配率和提升钝化效率,与原料相比,Cr的可交换态、可还原态质量占比降低43.6%、61.6%,而可氧化态、残渣态质量占比提升53.2%、243.6%;Ni的可交换态、可还原态质量占比降低41.0%、59.2%,而可氧化态、残渣态质量占比提升65.2%、181.4%。研究结果表明MBC可有效提高颜料污泥厌氧消化效率并降低重金属Cr和Ni的生物利用度,该研究有助于实现颜料污泥的稳定化、无害化、资源化利用。     

Microwave Digestion for Colorimetric Determination of Total Si in Plant and Mineral Samples

A new method for determining the soluble silicon (Si) concentrations in nonliquid plant and mineral samples was developed using sodium hydroxide (NaOH)–hydrogen peroxide (H₂O₂) matrix for microwave digestion (MWD-Na) followed by colorimetric Si testing. MWD-Na was compared with autoclave-induced digestion and alkali fusion. The data have shown no significant difference between these three methods. HNO₃–H₂O₂ or HNO₃?–H₂O₂?–HF microwave technique results in Si loss. The reduction of the total Si can be realized via low solubility of Si in the acid solutions or silicon tetrafluoride formation. The Mullen and Riley method for colorimetric testing of Si in a solution that uses ascorbic acid to reduce the silicomolybdate complex formed under acid conditions to an intensely blue complex was modified using iron sulfate. The combination of MWD-Na and modified colorimetric blue method provides cheap and valid data on determining the total Si in both plant and mineral samples.     

污泥反硝化除磷-诱导磷结晶工艺中硝化池内的微生物特性

为了探究双污泥系统下反硝化除磷-诱导磷结晶工艺中硝化池内微生物特性,该文利用原位荧光杂交（fluorescence in situ hybridization,FISH）技术、电子显微镜扫描（scanning electron micrograph,SEM）方法和Image-Pro Plus（IPP）软件考察了该工艺中硝化细菌的种群结构、形态和硝化污泥微观三维结构图。结果表明：该工艺中硝化池内氨氧化细菌（ammonia-oxidizing bacteria,AOB）数量要多于亚硝酸盐氧化细菌（nitrite-oxidizing bacteria,NOB）,占总细菌的比例分别为46.2%,28.5%,且AOB处于污泥颗粒外层而NOB处于污泥颗粒内层,可能由于NOB利用AOB的代谢产物所致;工艺中硝化细菌多以球形或短杆菌为主,NOB生长时多以几个细胞形成小团聚体,而AOB生长时则形成大的团聚体;通过硝化污泥微观三维结构发现,污泥外层呈密实状而内层较疏松且有空洞存在,可能由于污泥外层和内层微生物的丰度差异、营养物质和溶解氧的浓度差异所致。此外,与传统的单污泥污水处理工艺相比,双污泥工艺明显地增强了硝化细菌的生长和富集能力。     

超声辅助酶解促进草鱼鳞胶原肽水解进程的内在机制解析

为探究超声辅助酶解促进草鱼磷胶原肽水解进程的内在原因，分别研究了超声对底物蛋白（草鱼鳞）的分子结构、表面疏水性、粒径等理化特性和蛋白酶酶解能力的影响机制，在此基础上，对超声酶解进程进行了动力学拟合，从酶解动力学角度进一步评估了促进草鱼鳞胶原肽水解进程的"超声-酶"耦合效应。结果表明，适当的超声强度（300 W、20 min）可以使底物蛋白的结构展开，此时其表面疏水性最大、粒径最小，使之更适合后续酶解，但当超声功率大于300 W时，底物蛋白会重新聚集，其中的部分疏水基团被掩埋，不利于酶解的进行。同时，当超声功率为300 W、时间为20 min时，单酶酶解组和分步酶解组的酶解能力从2.35×105 U/g、3.41×105 U/g分别提高至3.44×105 U/g、3.86×105 U/g，且表现出显著性差异（P<0.05）。通过动力学模型对超声辅助单酶酶解（r2=0.988 8）和分步酶解进程（r2=0.960 7）进行了动力学拟合，依据建立的反应动力学方程，证实了超声辅助分步酶解进程更快，研究结果为超声辅助酶解工艺制备胶原肽提供了一定理论基础。     

Salt tolerance within populations of chewing fescue (Festuca Rubra,L.)

Abstract

Two populations of chewing fescue collected from maritime and inland habitats were grown in nutrient solutions at various NaCl concentrations. Dry weight of shoots and roots indicated that marsh population was tolerant and inland population nontolerant to NaCl in solution culture. A tolerance is achieved by limiting or reducing Na and Cl absorption as well as by preferential absorption of K from high NaCl solutions.