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。     

奶牛粪便沼气发酵液中各类细菌数量的测定

从半连续进料的奶牛粪二级常温沼气发酵池,连续稳定运行一年后的的发酵液中,采用Hungate厌氧操作技术,进行发酵各阶段细菌类群数量的测定。以十倍稀释法,分别采用相应培养液,以最大概率数(MPN)法计算三个类群细菌的数量。以氢、乙酸和甲烷的形成作为三个类群细菌生长的指标。每毫升发酵液中发酵性细菌的数量为5.37×10~(10),产氢产乙酸细菌的数量为2.41×10~8,产甲烷细菌的数量分别为8.96×10~5(液体培养法)和1.15×10~6(滚管法)。     

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。     

两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响

对厌氧消化产酸纤维(挥发性脂肪酸生产废渣)进行了酶解糖化和沼气发酵实验研究,探索了乙酸氨水两步预处理对木质纤维素降解、葡萄糖浓度、木糖浓度和沼气产率的影响。结果表明:乙酸氨水两步预处理进一步降解了厌氧消化产酸中的半纤维素和木质素,而且纤维素回收率较高,为77.47%~81.44%,其中4%乙酸处理和10%氨水处理实验组的纤维素质量分数达到56.82%,半纤维素质量分数仅为7.94%;在上述预处理条件下,酶解糖化效率最高,葡萄糖质量浓度达到47.46 g/L,葡萄糖得率为67.73%;同时在此乙酸氨水两步预处理条件下的沼气产率明显优于单独乙酸和单独氨水预处理,获得的最高沼气产率为414 mL/g,有效提高了厌氧消化产酸纤维的产气效率。     

城市有机垃圾厌氧干发酵菌群与代谢产物特性研究北大核心

文章以城市有机垃圾为原料,采用一次投料批式中温(37℃)厌氧发酵工艺,分析了厌氧干发酵过程中主要菌群,包括厌氧产酸菌、厌氧氨化菌、产甲烷菌和厌氧纤维素降解菌的数量变化及代谢产物的特性。结果表明:厌氧菌中产酸菌和氨化菌最先增殖,产酸菌先于氨化菌达到最大值并占据优势地位。产甲烷菌在启动阶段初期基本没有增殖,第25 d左右达到最大值3.25×10~9个·m L^(-1),随后产甲烷菌在整个盛产期数量维持在这一数量级上。厌氧纤维素降解菌菌数呈现缓慢增长的趋势,直到投料的第45 d才增加到10~6个·m L^(-1)。了解发酵过程中菌群间的作用及代谢产物的特性,协调各微生物的稳定生长,是保证沼气发酵正常运行的必要条件,本试验为城市有机垃圾的无害化处理和资源化利用奠定基础。     

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％。     

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。     

F/M对餐厨垃圾厌氧消化的酸化特性影响

文章系统地研究了F/M对餐厨垃圾厌氧消化中酸化特性的影响,分别以F/M(Food/Mud)0.5,1.0,2.0,2.5,3.0,4.0(VS/VS)为条件,观察96 h时间内酸化出料pH值、碱度、乙醇和挥发性脂肪酸(VFAs)、产气状态等特性。结果表明:当F/M≤1时,丙酸+乙酸含量达到56%~80%,以丙酸型发酵为主,并伴有甲烷产生,碱度仅为3000~4000 mg·L~(-1),系统稳定性较差,不利于后续甲烷化进程;当1F/M≤2.5时,丁酸+乙酸含量为77%~85%,且单位负荷产酸率大于250 mg VFAs·g-1VS,高于其他实验组,为丁酸型发酵,碱度达到5650 mg·L~(-1),该发酵类型稳定,可为后续甲烷化过程提供更多可利用的VFAs;当F/M2.5时,乙醇+乙酸含量为80%~92%,为乙醇型发酵,发酵96 h的pH值仅为5(F/M=3)和4.3(F/M=4),系统酸化现象严重,稳定性差,会使后续甲烷化进程受到阻碍。因此,F/M的范围可决定发酵类型,在合理范围内控制F/M可为后续甲烷化进程提供目标性产物。     

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。     

不同添加剂对青贮玉米秸秆厌氧消化产气特性的影响

农作物秸秆是沼气生产的主要原料,但因其季节性收获特点,必须合理储存才能为沼气全年生产提供高质量原料。为探索不同储存条件下青贮玉米秸秆的产沼气潜力,文章研究比较了干黄秸秆(DC)、青贮秸秆(无添加剂,ME)和3种添加剂青贮秸秆(纤维素酶CB、布氏乳杆菌LB、异常毕赤酵母PA)在中温(37℃±1℃)条件的厌氧发酵特性和产沼气性能,并通过修正Gompertz模型比较产沼气潜力。结果表明,各青贮组的产气量及产甲烷量有所不同,但在整体上青贮对玉米秸秆产气特性的保存有积极作用。青贮过程并没有降低玉米秸秆的厌氧消化产气特性,甚至在产气和产甲烷等方面还略有提高。通过Gompertz方程的拟合,CB组最大产气量约为176.10 L,最大产甲烷速率约为6.38 L·d~(-1),延滞期约为12 d,厌氧消化试验综合效果最佳。     

酶添加对酿酒废糟干式厌氧消化产沼气效果的影响

酿酒废糟是白酒生产过程的主要副产物,其处理及资源化利用是亟待解决的问题。该研究拟采用干式厌氧消化技术处理日益增加的酿酒废糟,同时生产生物能源沼气。为了提高沼气产量,探讨了酶添加对酿酒废糟高温干式厌氧消化效果的影响,并监测了厌氧消化过程中污泥pH值,有机酸(volatile fatty acids,VFAs),可溶性有机碳(soluble total organic carbon,TOC)等系统参数的变化情况。结果表明,直接利用酿酒废糟进行干式厌氧消化,系统启动初期有有机酸积累,稳定发酵条件下的沼气产量约为270.7 m L·g~(-1)VS。向酿酒废糟厌氧消化过程中添加淀粉酶、糖化酶和纤维素酶能够显著促进沼气产量,沼气产率提高到337.6 m L·g~(-1)VS,有机酸浓度保持在较低的水平。分别对两体系中细菌和古菌16S rRNA基因进行定量PCR,结果表明,酶添加体系同对照相比参与厌氧消化过程的微生物数量显著增加。     

餐厨垃圾中的不同组分厌氧消化特性研究

为了探讨餐厨垃圾中各类组分的厌氧消化特性,对比其产气效率的高低,该试验对餐厨中的4种主要组成成分进行了中温厌氧消化研究。通过对比4种组分的累计产气量、每克挥发性固体的产气率、甲烷含量及消化液pH值的变化,研究餐厨垃圾不同组分厌氧消化的效率。结果表明:厌氧消化产气性能较好的组分为油脂类及蛋白质类,其次为碳水化合物类,最差的组分为蔬菜类。每克挥发性固体(VS)的累计产气量最高的为油脂类,达到了454 mL·g-1VS;最低的为蔬菜类,只有215 mL·g-1VS。4种餐厨组分在厌氧消化过程中所产沼气中的气体组成及含量差异不大,甲烷的含量均在45%～65%之间变化。在整个45 d的厌氧消化期间,各组分消化液的pH值基本保持稳定。     

奶牛粪压榨液厌氧消化过程中氨和硫化氢抑制原位解除工艺研究

厌氧消化是实现畜禽粪污资源化利用的重要手段,但传统厌氧消化过程运行效率较低,处理过程中氨(NH_3)和/或硫化氢(H_2S)抑制是造成系统不稳定甚至崩溃的主要原因。该研究利用自主研发的厌氧消化耦合氨和/或硫化氢抑制原位解除系统,以奶牛粪压榨液为原料,探讨实现其稳定、高效处理的可行性。监测了厌氧消化过程中不同有机物负荷下产气效果和消化液理化性质,包括pH值,NH_4~+,SO_4~(2-),有机酸(volatile fatty acids,VFAs),可溶性有机碳(soluble total organic carbon,TOC)等的变化情况。结果表明,奶牛粪压榨液高温厌氧消化最大负荷达10 g VTS·L-1d-1,沼气生产效率和甲烷含量分别为920.5 m L·L-1d-1和63.7%。通过沼气内循环并向反应器通入微量空气(通入量为沼气产生量的3%),可以使反应器内NH_4~+浓度维持在1000 mg·L-1以下,沼气中H2S的含量维持在50 ppm以下,沼气质量明显改善。     

羊、鸭、兔粪厌氧消化产沼气潜力与特性

为弄清羊、鸭、兔粪便厌氧消化产沼气潜力及特性,试验以各新鲜粪便为发酵原料,以自行培养的厌氧污泥为接种物,在(35±1)℃、(25±1)℃和常温(9～19℃)条件下进行了批式厌氧消化试验,研究了各粪便厌氧消化的产气速率与产气量、酸碱度变化、消化料液COD及NH4+-N的去除效率。试验结果显示：(35±1)℃时各原料总固体（TS）产气率为：羊粪0.273 m3/kg,鸭粪0.441 m3/kg,兔粪0.210 m3/kg;(25±1)℃（羊粪为(27±2)℃）时为：羊粪0.206 m3/kg,鸭粪0.359     

微生物降解木质纤维素研究的某些进展

木质素的存在是纤维素类原料沼气发酵中限速因素之一。近年来,由于~(14)C—木质素标定方法的应用,使得评价各类微生物在木质素降解方面的作用成为可能;同时,关于厌氧纤维素分解细菌方面的研究也进展迅速。本文仅就与沼气发酵有关方面讨论微生物降解木质纤维素研究中的某些进展。     

生物炭添加对鸡粪厌氧消化产气特性的影响

在(35±1)℃条件下,采用序批式厌氧消化工艺进行了L9(33)正交试验,以生物炭添加量、生物炭粒径和接种量为因素探索生物炭添加对鸡粪厌氧消化产气特性影响,得出了鸡粪添加生物炭厌氧消化产气的最佳工艺组合。结果表明,各因素对鸡粪厌氧消化产沼气特性的影响从大到小依次为:生物炭添加量(极显著)、生物炭粒径(不显著)、接种量(不显著)。最佳处理组合总固体产气率为345.96 m L/g,挥发性固体产气率为420.62 m L/g,比对照组提高了45.24%。生物炭粒径对甲烷体积分数有极显著影响。     

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。     

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。     

易腐垃圾干法厌氧沼气工程工艺运行分析

文章对近1年来厦门市生活垃圾分类处理厂厌氧沼气工程的工艺、生产运行状况进行了分析和汇总,结果表明:水平推流式干法厌氧发酵工艺适合易腐垃圾厌氧消化和沼气生产。该型发酵工艺进料适应性广,易腐垃圾TS 20%~53%,VS 40%~70%均可正常进料;运行固含量20%~28%,运行有机负荷率(OLR)达到12 kg VS·m~(-3)d~(-1);平均容积甲烷产率约3.2 Nm~3·m~(-3)d~(-1),有机质降解率(ηvs)60%~70%,有机干物质甲烷产率平均约300 Nm~3·t~(-1)。确定了易腐垃圾在pH值7.5~8.3,VOA/TAC 0.4~0.6,乙酸含量100~1500 ppm条件下,工艺运行稳定、甲烷产率高。     

沼液预处理对废弃花卉秸秆厌氧消化产沼气特性的影响

为探索不同沼液预处理时间对废弃花卉秸秆厌氧消化产沼气特性的影响,进一步确定花卉秸秆沼液预处理的最佳时间,文章以云南四大切花混合花卉秸秆为原料,用沼液分别预处理1天,3天,5天,7天后在30℃下进行了批量式恒温沼气发酵实验。结果表明:沼液预处理3天的产气总量最高(预处理5天次之),预处理5天的产气峰值最高,预处理5天的能最快提升沼气含量,且在处理时间内随着预处理时间增加,原料产气速率加快,发酵时间缩短。综合确定花卉秸秆沼液预处理的最佳处理时间为5天。