丁酸和戊酸互营氧化产甲烷微生物学研究进展

丁酸和戊酸是产甲烷过程中重要的中间代谢产物,特别是在含蛋白废水的厌氧消化体系中,丁酸和戊酸是主要的中间代谢产物。研究互营丁酸和戊酸氧化分解的微生物学对于含蛋白废水的处理乃至厌氧消化体系稳定高效运行都是极其重要的。文章总结了目前已分离获得的丁酸和戊酸氧化菌,介绍了已知的丁酸和戊酸的氧化分解途径,同时概述了关于丁酸和戊酸互营氧化分解相关的微生物群落研究现状,对利用丁酸和戊酸产甲烷的微生物学研究的未来发展提出了建议。     

丙酸互营氧化菌群对厌氧消化过程中丙酸累积的调控研究进展

在厌氧消化产沼气过程中乙酸、丙酸和丁酸等挥发性有机酸是重要的中间代谢产物,其中丙酸最为重要。通常厌氧消化系统有机负荷的提高等因素会导致系统丙酸的累积,从而引起系统酸化,抑制厌氧消化系统中微生物的生长、影响系统稳定性。因此,丙酸的降解被认为是厌氧消化过程的限速步骤。然而由于丙酸降解为乙酸,CO2和H2反应所需自由能较高,反应不能自发进行。研究表明丙酸的降解可以通过丙酸氧化菌和氢营养型产甲烷菌等互营合作而完成。文章将从厌氧消化过程中丙酸累积及调控角度出发,分析了影响丙酸累积的几大原因,并总结了近年来针对丙酸累积提出的调控办法和丙酸互营氧化菌群的研究进展,以期为厌氧消化技术的推广应用提供基础。     

一种降解苯甲酸为甲烷的嗜热性富集物的研究

获得了一种能降解苯甲酸为甲烷的嗜热富集物.此富集物由苯甲酸降解菌、丁酸降解菌、氢营养型甲烷杆菌(Methanobacterium)、乙酸裂解产甲烷的甲烷丝菌(Methanothirx)和硫酸盐还原细菌——嗜热氧化乙酸脱硫肠状菌(Desulfo-tomaculum thermoacetooxidans)等组成。测定了苯甲酸降解、乙酸消长和甲烷形成的动力学和 H_2分压。观察了硫酸盐对甲烷形成的影响.讨论了富集物将苯甲酸降解为甲烷的可能途径和热力学;苯甲酸降解菌与布斯威尔氏互营菌(Syntrophus buswe-llii)之间的区别以及嗜热氧化乙酸脱硫肠状菌的基质来源和作用等。     

产氢产乙酸菌与产甲烷菌互养培养物的分离

从豆制品废水厌氧发酵液分离到氧化丁酸盐的两种细菌的互养培养物,其中氧化丁酸盐的产氢产乙酸细菌与已报道的沃氏互养单胞菌(Syntrophomonas wolfei)相似。细胞杆状,微弯,两端稍尖,在凹陷侧有多根鞭毛,与其相伴生活的用氢菌是在发酵器中与其共同生存的一种产甲烷球菌。     

玉米废醪厌氧产氢产甲烷比较研究

氢气和甲烷作为清洁、有效的可再生能源，具有很高的回收价值。通过UASB反应器利用玉米酒精废醪厌氧消化产氢和产甲烷。在UASB产氢的过程中，平均COD去除率为42.21%,日产气量为2560.95 mL,氢气含量为34.08%,比产氢率为1.02 H₂L·g^-1COD;在UASB产甲烷的过程中，平均COD去除率为83.86%,日产气量为1441.43 mL,甲烷含量为68.55%。对比两种消化途径，结果表明：比较产氢产甲烷两种途径，产氢过程更易酸积累，能源回收率较低；相对于厌氧消化产氢来说，低浓度玉米酒精废水更利于产甲烷，废醪COD去除率较高，能源回收率较高。     

二相UASB工艺微生物生态学的研究

采用Hungate严格厌氧操作技术,以人工葡萄糖配水为基质,对二相UASB,工艺的微生物生态学特性进行了初步研究。产酸相中,发酵细菌占优势,达10~7个/ml,比产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌高2～3个数量级。产甲烷相中,发酵细菌,产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌含量相差不大(约10~8个/ml),因此,产甲烷相的建立依赖于三大类微生物类群的良好代谢平衡。与对照的单相UASB反应器相比,二相UASB工艺的产甲烷相反应器产氢产乙酸细菌量较高,发酵细菌量较低,产甲烷细菌量则非常接近。这种细菌生态分布的差异,可能是导致反应器运行稳定性不同的原因之一。     

厌氧消化过程微生物生态系统的建模与生态规律的研究

厌氧消化过程的有效性依赖于微生物种群结构的完整性及其生态关系的平衡性。本文选择水解发酵菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌组成微生物链；提出了全混合式反应器条件下具有二阶生长速率的三菌群系统生态模型；判别了模型的三类平衡点及其稳定性；讨论了各类菌群生长历程、稳定速率及其与系统稀释速率的关系。     

牛粪产氢产甲烷联合发酵产能效率的实验研究

为了克服产氢发酵和产甲烷发酵都存在的能源转换效率低这一瓶颈,实验将产氢发酵和产甲烷发酵进行联合,以牛粪为原料,进行产氢产甲烷联合发酵产能效率的研究,以期提升整体厌氧生物处理的产能效率;在产氢发酵阶段,通过调节pH值至5.0,抑制产甲烷菌、中断产甲烷过程的手段来实现产氢发酵,使其在产生氢气的同时生成小分子有机酸及醇类等有机物,当产氢发酵结束后,将产氢余液提供给产氢产乙酸菌和产甲烷菌进行产甲烷发酵,使小分子有机酸及醇类等物质继续代谢生成甲烷;结果显示牛粪产氢产甲烷联合发酵的能源转换效率为28.15%,明显高于牛粪产氢发酵的(9.76%)以及牛粪单独产甲烷发酵的(25.8%);结果表明本实验所建立的产氢产甲烷联合发酵模式能显著提升传统厌氧生物处理的能源转换效率。     

玉米秸秆中高温厌氧消化产甲烷性能影响研究

玉米秸秆厌氧消化技术是生产可再生能源以解决部分地区能源短缺的重要途径之一。文章采用CSTR反应器进行玉米秸秆中高温(35℃,45℃和55℃)厌氧消化实验,观察3个有机负荷(80,90和100 g TS·L~(-1))阶段下中高温厌氧消化产甲烷性能变化。实验结果表明:55℃厌氧消化温度条件下产甲烷性能最好,其单位TS产甲烷量在3个有机负荷条件下分别为260.60,261.71和252.31 mL·g TS~(-1),比45℃厌氧消化温度条件分别提高了9.03%,48.22%和44.68%,比35℃厌氧消化温度条件分别提高了31.57%,63.79%和64.08%。且随着有机负荷的提高,玉米秸秆高温厌氧消化产甲烷提高量呈明显上升趋势,说明高温厌氧消化系统可以容纳更高有机质负荷进行沼气生产。玉米秸秆经高温厌氧消化后的物质转换率也得到了显著的提高,且高温厌氧消化系统稳定性较中温厌氧消化系统更稳定。因此,对于工程应用来说,高温厌氧消化可作为提高玉米秸秆产甲烷量和生物降解性的一种重要方式。     

管道厌氧消化器处理柠檬酸生产废水中的微生物学特性 Ⅱ.产甲烷菌区系分析

本文报道管道厌氧消化器处理柠檬酸生产废水的消化液中不同基质类型的产甲烷菌数量分布和优势产甲烷菌种群。结果表明,在不同基质上生长的产甲烷菌在各级管道消化液和消化污泥中的数量分布不同,在H_2/CO_2和CH_3OH基质上生长的产甲烷菌,第一级管道消化液中略少,后面几级管道中基本相似,在HCOOH基质上生长的产甲烷菌则最后一级管道中略少,前面各级中差异不大;消化污泥中生长于H_2/CO_2,HCOOH,CH_3OH和CH_3COOH各基质中的产甲烷菌分别占同基质总菌数的22％、90％、100％和17％;甲酸甲烷杆菌(Methanobacterium formicicum)和亨氏甲烷螺菌(Methanospirillum hungatei)是柠檬酸生产废水厌氧消化中产甲烷菌群的主要优势种,分别占产甲烷总数的52%和36％。     

利用微电极技术研究厌氧颗粒污泥内部的微环境

文章分别以蔗糖、乙酸和丁酸为进水唯一碳源,运行3个UASB反应器,当反应器稳定运行后,采用自制氢离子选择性液膜微电极对3种厌氧颗粒污泥进行内部pH值梯度分析,并对厌氧颗粒污泥进行了多种测试底物的产甲烷活性分析和16S rDNA测序分析。结果表明,采用微电极技术可以准确测定厌氧颗粒污泥内部的pH值梯度,并推断微生物种群的空间分布,所得结果与产甲烷活性和16S rDNA测序分析结果相一致,说明微电极技术可作为厌氧颗粒污泥内部微环境分析和微生物种群空间分布研究的有力工具。     

沼气两步发酵工艺微生物生态学的研究

本文比较研究了常温下猪粪沼气两步发酵法和常规发酵法对沼气发酵四大微生物功能菌群(发酵细菌群、同型产乙酸细菌群、产氢产乙酸细菌群和产甲烷细菌群)的影响,测定结果表明,在两步发酵法中,产酸槽甲烷菌低于产甲烷罐近两个数量级,而其它细菌群数量相近。结合工艺研究的分析,初步揭示了工艺分段对沼气发酵微生物食物链影响的实际状况。     

餐厨垃圾厌氧发酵连续产氢产甲烷的试验研究

餐厨垃圾中有机物含量高,是理想的厌氧发酵底物。文章从接种菌来源和p H值角度,研究餐厨垃圾厌氧发酵连续产氢产甲烷的可行性,以期提高餐厨垃圾资源化利用率。结果表明,餐厨垃圾产氢阶段100℃处理30 min以沼渣和厌氧消化污泥为来源的接种菌,有利于氢气产生和提高产生气体中氢气浓度,且沼渣比污泥产气效果好,调节发酵p H值于4.5~5.5有利于氢气发酵。产氢残留物厌氧发酵产甲烷阶段,调节发酵p H值于7.0~7.5有利于沼气发酵。产氢阶段以沼渣为菌源的连续产甲烷阶段产生气体量及产生气体中甲烷浓度比以污泥为菌源的厌氧发酵效果好。     

纤维素对污泥厌氧消化产气性能及微生物形态的影响

为考察纤维素对剩余污泥厌氧消化产气性能及微生物形态的影响,在温度为35℃±1℃条件下,采用半连续方式进样,剩余污泥和纤维素根据有机质(VS)的添加量,即VS污泥∶VS纤维素=5∶1,2∶1,1∶1,进行联合厌氧消化。通过对厌氧消化过程中的日产气量,稳定期的甲烷含量、产甲烷活性及微生物形态进行监测与分析。结果表明:纤维素的添加可提高厌氧消化混合物料的营养平衡,有利于厌氧消化的进行;三种不同纤维素添加量与污泥联合厌氧消化的日产气量分别约为对照组(未添加纤维素)日产气量的2.4倍,4.8倍和9.2倍;沼气中CH4所占比例分别约为对照组的1.6倍,2倍和2倍;产甲烷活性分别为45 m L·g~(-1)VSS·d~(-1)(对照组),73 m L·g~(-1)VSS·d~(-1),94m L·g~(-1)VSS·d~(-1)和120 m L·g~(-1)VSS·d~(-1)。稳定期的厌氧消化污泥中的微生物主要由球状菌、杆状菌和丝状菌组成,纤维素的添加可改善对照组中不同菌落混栖且分布不均的局面,促使同一菌落成团生长。其中,在VS污泥∶VS纤维素=1∶1的添加比例下,丝状菌菌落数量庞大,其它两种添加比例中在稳定期的微生物主要以球状菌和杆状菌为主,但球状菌在VS污泥∶VS纤维素=2∶1的添加比例下数量更多。     

厌氧消化过程微生物四种群生态系统数学模型

对于含有硫（硝）酸盐的复杂有机废水，硫（硝）酸盐还原菌对厌氧消化代谢途径有重要影响。本文将硫（硝）酸盐还原菌与产氢产乙酸菌之间视为互惠共济关系，与产甲烷菌之间视为竞争抑制关系，采用Ｖｏｌｔｅｒｒａ模型表达各微生物种群的动态平衡关系。最后，基于全混合式反应器套氧消化过程基质动态平衡方程，获得了用４维二阶非线性微分方程表达的非捕食双链交联微生物四种群关系的生态数学模型。     

产甲烷菌氢化酶活力分析条件的研究

本文叙述了厌氧消化系中微生物的甲基紫精(methyl viologen,其缩写为MV)氢化酶(Hase)活力分析条件的研究,包括酶反应进程曲线,底物饱和常数,反应最适pH,最适温度,反应底物最适加量,试样中乙酸对酶反应的影响等;侧重介绍了添加抗菌素penicillin—G处理消化污泥,抑制混合菌群中非产CH_4菌氢化酶活性以及选择性地测定产CH_4菌氢化酶活性的实验技术的研究。实验最终提出了检测污泥试样产CH_4菌的MV氢化酶活性的实验流程,并以此作为检测厌氧消化污泥产CH_4潜势的一种生化预测指标,实验得到了良好的效果。     

酒糟厌氧消化产甲烷特性与微生物菌群结构分析

酒糟是酿酒生产过程中的副产物,以酒糟为研究对象,分别考察不同底物总固体（Total solid, TS）质量分数（0.5%、1%、1.5%、2%）、接种比（接种污泥与酒糟的挥发性固体质量比）（0.25、0.5、0.75、1、1.5）和温度（25、37、50℃）条件下酒糟的厌氧消化产甲烷特性。结果表明,随着TS浓度的增加,产甲烷量逐渐增加, 2%TS条件下可获得最大的累计产沼气量（532.8mL/g）和产甲烷量（294.7mL/g）。接种比是影响厌氧消化系统的重要因素,随着接种比的增大,系统累计产沼气和产甲烷量呈先增加后减少的趋势,在接种比为0.25和0.5的条件下,系统发生崩溃,并未产甲烷,当接种比为1时,获得最大的累计产沼气和甲烷量。当TS质量分数为2%、接种比为1.5、发酵温度为50℃的条件下,获得最大的累计产沼气量为559.4mL/g,相较37℃条件下提高了10.2%,而获得的累计产甲烷量为284.0mL/g,相较37℃并未显著提升（P>0.05）。利用修正的Gompertz模型进行产气动力学分析后,发现TS质量分数越高、接种比越大、温度越高,产甲烷迟滞期越短。同时对不同温度反应体系中的微生物群落进行了分析,发现Bacteroidetes和 Firmicutes为优势菌门,随着温度的升高,产甲烷菌逐渐由氢营养型代替乙酸营养型。因此, TS浓度、接种比和温度是厌氧发酵重要因素,初步确定2%TS、接种比为1的中温酒糟厌氧发酵产甲烷性能相对较好。     

厌氧消化微生物的氢代谢

本文就厌氧消化产CH_4过程的H_2代谢研究状况,综述如下: 一、微生物的H_2代谢与产甲烷过程 1.产甲烷菌的能量代谢与H_2代谢分子氢是产CH_4菌的主要基质,CO_2既是细胞形成的碳源,又是末端电子受体。在这一反应系统中,产CH_4是难以依靠基质水平磷酸化的途径形成ATP的。D.B.Kell(1981)的研究指出:ATP合成的质子驱动模式在产CH_4菌中是存在的。这一     

厌氧滤器处理屠宰废水的微生物生态学研究

本试验采用改良的Hungate技术和MPN法研究了屠宰废水中温消化上流式厌氧滤器(UAF)的各类群细菌组成、数量分布及其与运行性能的关系,结果表明:稳态UAF消化液中COD、乙酸、丙酸和丁酸浓度与各类菌数密切相关,尤其与发酵性菌数的相关性达到显著水平。滤器底层的各类菌数比顶层高2—3个数量级,70％以上的COD和挥发性脂肪酸在滤器底部(约高度的三分之一)被分解去除。有机负荷和温度通过影响细菌活性及其数量来影响处理效率和产气率。不同层次的消化液中,各类菌数及其组成有所差异,底部细菌种类相对小些.在荧光显微镜下可以清楚地看到多种产甲烷菌类群,有甲烷短杆菌、甲烷杆菌、甲烷球菌和甲烷八叠球菌,从消化液中分离到一株类似于史氏甲烷短杆菌的菌.它为产甲烷菌的优势种,占产甲烷菌总数的55％以上.其次为甲酸甲烷杆菌,另外也发现嗜树木甲烷短杆菌和布氏甲烷杆菌等产甲烷菌的存在。     

稻草猪粪沼气发酵过程中主要微生物类群的物质代谢及甲烷形成研究

对以稻草和猪粪为原料的沼气发酵过程中主要微生物的消长和有关生理代谢规律进行了研究。氨化菌和硝酸盐还原菌在12天内菌数上升。随着厌氧环境加强,纤维分解菌和产甲烷菌的前体物质不断增加,两菌繁殖加速,而氨化菌和硝酸盐还原菌逐渐减少,到第24天减少到最低值。此时纤维分解菌和产甲烷菌群的菌数上升到最大值,即由10~3个/毫升上升到10~7个/毫升。通过对乙酸、丙酸、乙酸脱氢酶活力、辅酶F_(420)、生物量、产气量及甲烷含量的测定,发现各类群菌量的增减、产气量和产气率及甲烷含量的变化与乙酸、丙酸的利用和乙酸脱氢酶活力的变化具有明显相关性;辅酶F_(420)含量与产甲烷菌数的增长、甲烷含量及产气率成正相关。