纤维素厌氧降解的研究进展

纤维素是地球上最丰富的可再生资源,但它的不溶性和异质性导致了其很难被降解.一些厌氧微生物能够产纤维小体,它能高效地降解纤维类物质.本文简述了厌氧纤维素降解微生物的种类和纤维素厌氧降解方式,重点概述了纤维小体的结构与功能并对纤维小体的研究提出了展望.     

纤维素生物质厌氧消化的生物预处理研究进展

纤维素生物质由于组成和结构的复杂性,纤维素燃料工艺中需通过预处理技术去除木质素,破坏交织结构。相对于物理法和化学法,生物法具有节能、成本少、污染少的优点,近年来受到了国内外研究的关注。目前纤维素生物质厌氧消化单独的生物预处理比较研究未见报道,文章综述了提取酶、单一微生物、菌群对厌氧消化产甲烷的影响,得出:提取酶预处理成本高,沼气或甲烷提高率是4%~110%;单一微生物预处理效果真菌优于细菌,沼气或甲烷提高率为10%~300%;细菌预处理研究主要集中于人工菌群,人工菌群预处理后沼气或甲烷提高率达10%~200%。该研究为纤维素生物质厌氧消化的高效性和环境友好性研究和应用提供参考。     

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。     

氨水与冻融复合改性玉米秸秆对其高温厌氧消化过程的影响

文章采用CSTR高温反应器进行改性玉米秸秆厌氧消化实验,观察3个有机负荷(1.6,1.8和2.0 g·L^-1d^-1)阶段下高温厌氧消化产甲烷性能变化和过程指标变化。实验结果表明,氨-冻融组玉米秸秆高温厌氧消化产甲烷性能最好,其单位VS产甲烷量在3个有机负荷条件下分别为314,309和306 mL·g■,比未处理组分别提高了16.1%,19.3%和22.6%,比水-冻融提高了8.9%,10.6%和13.8%。且随着有机负荷的提高,3个高温系统厌氧消化过程指标(挥发性脂肪酸、pH值、氨氮、碱度和溶解性COD)值呈现出了一定的规律,且稳定性均良好,其中,氨-冻融组厌氧消化系统过程中氨氮值为658～1148 mg·L^-1,未达到抑制值。因此,对于工程应用来说,氨-冻融复合改性可作为提高玉米秸秆厌氧消化产甲烷量和生物降解性的一种重要方式。     

超声预处理对牛粪厌氧消化特性影响

为了研究超声预处理对畜禽粪污厌氧消化的影响、优化超声预处理工艺,以牛粪为研究对象,结合修正的Gompertz方程分析厌氧消化的产气潜力和动力学过程,并采用宏基因组测序分析微生物群落的结构与组成。结果显示,适宜强度的超声预处理可有效破坏大分子有机质底物结构,对牛粪厌氧消化有一定促进作用。在200 W、400 W超声20 min时,两组VS沼气产率最高,提升效果分别为7.88%、8.04%;两组反应器中甲烷含量可提高至60%及以上。修正的Gompertz模型可以很好预测不同超声预处理下牛粪的产甲烷潜力(相关性系数R²>0.99)。在200 W超声20 min, TS、VS去除率分别可达41.56%、52.78%,比对照组提高了6.59%、7.08%;超声预处理厌氧消化后样品中优势微生物菌群丰度均高于未预处理组,其优势菌群主要为厌氧消化过程中产甲烷相关的微生物。研究表明选取超声预处理对提高牛粪厌氧消化效率有积极影响,同时还能减少病原微生物在环境中的传播风险。     

神经网络在厌氧消化过程中的模拟应用

本文对神经网络在厌氧消化过程中的模拟应用作了系统综述。稳定性是厌氧反应器性能的关键指标之一，由于反应器不可避免地受到各种负荷的冲击，稳定性常常会被破坏。找出一种合适的模型来模拟反应器在冲击负荷下性能变化情况从而更好地控制反应器，具有重要的实际意义。神经网络以其非线性、自适应性、并行性以及较强的容错能力等优点，受到人们的重视，神经网络在厌氧消化过程中的模拟应用取得了比较满意的结果。     

厌氧消化过程预警指标体系研究进展

为保证厌氧消化长期稳定运行,提高反应底物的发酵效率,需对厌氧消化过程进行精准的监控,并对可能出现的风险进行预警。文章针对不同类型的发酵底物及运行条件,筛选出最佳预警指标并评估其预警性,建立预警指标体系,对于未来行业发展具有重要的指导意义。文章总结了国内外厌氧消化过程预警研究现状,分析了现有失稳预警指标及其特点,预警表征方法、过程监控方法与技术,同时提出了现有研究存在的问题与未来发展方向。     

高温水解预处理对餐厨垃圾厌氧消化的影响

预处理可以改变餐厨垃圾的性状,提高厌氧消化性能,文章采用高温水解处理,考察了其对物料变化和厌氧消化性能的影响。研究表明经高温水解预处理后,餐厨垃圾VFAs,SCOD均得到提高;140℃,30 min为最佳高温水解预处理条件。此条件预处理后,餐厨垃圾中蛋白质、淀粉、脂肪的质量百分含量分别提高20%,17%,39%。高温水解处理后的厌氧消化过程中,随着有机负荷的增加,系统内pH下降,消化液VFA总量升高,产气量增加,最高有机负荷为5.0 gVS·L-1d-1。     

3种酒精发酵工业废液厌氧消化特性研究

燃料乙醇生产原料的改变,必然导致酒糟废液的生物质成分发生改变,文章着重探讨这种改变对后续的废水处理程序—沼气发酵过程的影响。厌氧消化试验结果表明:混合原料糟液(MR)的产沼气量最高(223.8 mL·g^-1),玉米糟液(ZR)的发酵周期最短(26 d),木薯糟液(CR)所产的沼气中甲烷含量最低(58.79%)。微生物群落分析表明,ZR试验组相对丰度排名前3位的依次是变形菌门(Proteobacteria,39.63%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,28.88%)和厚壁菌门(Firmicutes,13.29%);MR试验组排名前3的依次是变形菌门(33.53%),厚壁菌门(20.95%)和拟杆菌门(18.42%);CR试验组占比前3位的依次是变形菌门(28.78%),拟杆菌门(23.16%)和厚壁菌门(13.64%)。元素分析和热分解技术分析表明,3种糟液的干物质化学组成和晶型结构有明显差异,这些差异可能导致了它们之间抗微生物降解能力的差异,进而导致了厌氧消化特性的不同。     

厌氧消化残留物在防治农作物病虫害中的作用

农药虽然一度为作物的增产带来一定的好处，但长期使用必然导致环境污染和病虫害抗性问题。厌氧消化残留物是一种广谱性“生物农药”，目前的研究结果表明，它已经对２３种病害和１４种虫害具有良好的防治作用，其防治效果与许多现行使用的农药相当。长期使用厌氧消化残留物这种“农药”，不会对环境带来污染，也不会产生病虫害的抗性等问题。     

牛粪高温干式厌氧发酵产沼气性能试验

研究了牛粪原料高温(55℃)干式厌氧发酵过程中产气效果和物料参数的变化规律.结果表明:接种比例3:10、8 r/min连续搅拌条件下,物料TS(总固体)产气率为311 mL/g,甲烷平均体积分数为57.1％,平均容积产气率为2.73L/(L·d);容积产气率在第3天达到最高,为5.23 L/(L·d);反应初期挥发性脂肪酸迅速积累,1d后即达到峰值,随后迅速减少;在反应初期pH值略有下降,随后逐渐升高;氨氮质量浓度和总碱度则一直呈上升趋势.     

餐厨垃圾的干式厌氧消化处理技术初探

本文介绍了餐厨垃圾干式厌氧消化基本工艺,详细讨论了温度、TS、搅拌、接种物、碳氮比、有机负荷、pH值、碱度和VFA以及盐分对干式厌氧消化的影响,并提出了餐厨垃圾干式厌氧消化工艺今后的研究方向和开发前景。     

厌氧消化过程系统动力学模型构建方法研究

厌氧消化过程具有非线性、超复杂、多反馈等诸多特点,传统数学模拟方式存在诸多不足与缺陷,尤其在模型的进化过程中存在较大的局限性.针对如上问题,研究引入系统动力学(SD)理论,采用SD建模方法构建了厌氧消化过程的数学模型.本文详细介绍了厌氧消化过程系统动力学分块混箱模型(ABMM)的构建理论,步骤及方法,并利用实验室规模EGSB反应器进行了验证.研究结果表明,基于SD方法建立的厌氧消化过程数学模型具有模型结构简单、信息再现性强、易于理解、方法融合性强等系列优势.在给定条件下可以实现相对较为理想的模拟效果.     

厌氧消化处理生活垃圾工艺研究

对城市垃圾进行实验室规模的厌氧消化制取沼气的实验结果表明，生活垃圾经分类收集、破碎、搅拌粉碎后，进行厌氧处理，可以获得较高的处理效率，并能回收沼气。最佳进料固体浓度是１６％；水力停留时间应大于１０天，以１５天为宜。一吨有机垃圾可产气１１０ｍ＾３，其中甲烷含量高于５３％。在此基础上，进行了物料平衡和ＣＯＤ利用率计算。     

不同生物预处理方式对污泥厌氧消化过程性能的影响

利用微生物处理技术对经聚丙烯酰胺脱水后的污泥进行不同方式微生物预处理,研究进料总固体(TS)质量分数为3%、发酵温度为35℃时厌氧消化过程中累积产气量与产甲烷含量、p H值、氨氮和化学需氧量(TCOD)等参数的变化趋势,探索真菌宛氏拟青霉不同预处理方式对脱水污泥厌氧消化过程特性的影响。试验结果表明:微生物预处理脱水污泥厌氧消化技术具有较好的可行性。直接添加宛氏拟青霉和添加宛氏拟青霉预处理2 d的污泥进行厌氧消化反应能够有效提高产气量和产甲烷量,加快水解速率,促进污泥中有机物的有效降解,使产甲烷过程顺利进行。直接添加宛氏拟青霉处理的产甲烷效果最优,其净累积产气量和产甲烷量较纯污泥分别提高85.79%和42.76%,且1 kg污泥可产甲烷12.69 L,较纯污泥提高42.74%。     

厌氧消化过程中的酸碱平衡及pH控制的研究

本文在系统地分析了厌氧体系中所发生的各类生化反应与酸碱平衡之间的相互关系的基础上,建立了一个可以直接根据原废水的性质和所要求的去除率来计算和预测厌氧反应器出水ｐＨ值、碱度、脂肪酸、氨氮、重碳酸盐、硫化物以及气体的产量和组成的数学模型,并利用实际运行的厌氧反应器的数据进行了验证。     

猪粪厌氧消化液两阶段闭式循环氨脱除工艺优化

针对氨吹脱工艺碱消耗量大、填料塔填料易结垢造成压降、塔板塔易夹带雾沫、漏液的技术缺陷和尾气氨吸收不完全的问题,设计了两阶段闭式循环氨脱除工艺,并利用研发的鼓泡反应器进行了猪粪厌氧消化液NH+4-N脱除的研究。利用响应面法优化气流量、投碱量、气液比与NH+4-N去除率的控制模型。研究表明:第1阶段吹脱厌氧消化液CO2,消化液p H值1 h可从8.03升高到8.86;第2阶段在气流量、投碱量和气液比分别为6 L/min、22.13 g和3 000时,NH+4-N去除率可达96.78%;两阶段闭式循环氨脱除工艺可用于未固液分离的猪粪厌氧消化液NH+4-N的脱除,鼓泡反应器可作为该工艺条件下的NH+4-N脱除装置。     

规模化沼气工程沼液中微生物的细菌种群分析与功能初探

分别采集了现代牧业集团各地区大型沼气工程的沼液,分析了不同沼液样品中全N,P,K等养分的含量和理化性质,并利用传统微生物学结合分子生物学的方法探究了样品中可培养细菌的数量及种群组成情况,根据BLAST的比对结果,选取并纯化到32株细菌,测定了它们对四种不同病原真菌的拮抗效果.结果表明,各地区沼液样品的pH为6.1～8.7,总养分含量差异较大,含量最高的为来自通山的样品,达15.4％,含量最低的为马鞍山沼液样品仅为0.94.不同沼液样品中的细菌的数量介于105～106 CFU·mL-1之间,且种群丰富,组成差别较大,芽孢杆菌为各地区沼液样品中的主要优势微生物.拮抗实验的结果表明Paenibacillus peoriae对菌棉花枯萎病、菌尖刀镰刀型黄瓜枯萎病菌、小麦纹枯病菌、烟草赤星病菌四种病源真均有较好的拮抗效果,具有作为生防应用菌株的潜力.     

生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷工艺参数优化

为探究生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷最优工艺参数,在前期试验的基础上,以鸡粪添加量、生物炭添加量和碳氮比为参数,在(35±1)℃条件下进行了生物炭介导的鸡粪序批式三因素二次旋转组合厌氧消化试验。以单位挥发性固体(VS)累积产甲烷量为评价指标,通过响应面法获得单位VS累积产甲烷量随三因素变化的二次回归模型。结果表明:回归模型拟合性较好,能较好描述单位VS累积产甲烷量随鸡粪添加量、生物炭添加量和碳氮比变化的规律。通过对模型工艺参数寻优,得到最优工艺参数为鸡粪添加量14.35 g、生物炭添加量4.97%、碳氮比22.02,此条件下单位VS产甲烷量为283 m L/g,为生物炭介导的鸡粪厌氧消化工程应用提供了参考依据。