载体对牛粪厌氧消化性能及微生物附着的影响

在30℃条件下，采用两步流动发酵方法，观察尼龙纤维、玻璃纤维和聚丙烯网状球形载体对牛粪厌氧发酵pH值、沼气产量和载体表面微生物附着的影响。实验结果表明， 随着牛粪浓度的增加，pH值有增加的趋势。反应器的沼气产量明显随着牛粪浓度的增加而提高，当牛粪浓度由5%提高到7%时，沼气产量提高12.5%，而牛粪浓度提高到10%时，沼气产量提高33.3%。在7%牛粪流动发酵期间和10%牛粪流动前期，添加尼龙纤维和玻璃纤维载体可显著提高沼气产量。扫描电镜照片显示，不同载体表面附着的微生物种类和数量不同，尼龙纤维表面附着的微生物种类和数量高于玻璃纤维和聚丙烯球形载体。     

载体对牛粪厌氧消化性能及微生物附着的影响

在30℃条件下,采用两步流动发酵方法,观察尼龙纤维、玻璃纤维和聚丙烯网状球形载体对牛粪厌氧发酵pH值、沼气产量和载体表面微生物附着的影响。实验结果表明,随着牛粪浓度的增加,pH值有增加的趋势。反应器的沼气产量明显随着牛粪浓度的增加而提高,当牛粪浓度由5％提高到7％时,沼气产量提高12．5％,而牛粪浓度提高到10％时,沼气产量提高33．3％。在7％牛粪流动发酵期间和10％牛粪流动前期,添加尼龙纤维和玻璃纤维载体可显著提高沼气产量。扫描电镜照片显示,不同载体表面附着的微生物种类和数量不同,尼龙纤维表面附着的微生物种类和数量高于玻璃纤维和聚丙烯球形载体。     

牛粪湿法厌氧消化规律及载体影响的研究

在35℃条件下，观察牛粪厌氧消化的沼气产量和生物指标的变化规律及聚丙烯网状空心球、玻璃纤维和碳纤维膜载体对牛粪厌氧消化性能的影响。结果表明：5%牛粪在厌氧发酵过程中，pH值在发酵的第3 d降到最低，在发酵的第7 d升高到7以上；沼气的产量约在发酵的第9 d达到高峰，而后逐渐降低；COD的去除主要发生在发酵的第4～8 d；发酵产物细菌数量在发酵第6 d达到高峰，在第12 d降低到一个基本相对稳定的水平；辅酶F₄₂₀活性与其细菌数量在时间和数量方面有着相同的变化规律。聚丙烯网状球形载体表面附着较多的微生物，由此延长产气高峰期，并显著提高沼气产量(p<0.05)，以及显著降低反应器厌氧微生物的流失(p<0.01)。     

温度和料液浓度对牛粪高浓度厌氧水解酸化的影响

该文在室温为20℃的实验室条件下,对牛粪进行了批量式高浓度厌氧发酵试验,在以往研究的基础上进一步探讨发酵物料温度为32℃、35℃和40℃,料液浓度为9%和10%,发酵时间为12d时,温度和料液浓度对牛粪高浓度水解酸化的影响情况,找出较优的厌氧水解酸化条件。结果表明,当温度分别为32℃、35℃和40℃时,水解酸化产物各主要成份的含量差异较小,但在日均挥发性脂肪酸CODVFA产率方面32℃要远高于35℃和40℃,32℃和40℃之间的差值最大可达452mg/(L·d),约占最大日均CODVFA产率1227.00mg/(L·d)的37%;当料液浓度为9%和10%时,水解酸化产物各主要成份的含量差值较小,而在日均CODVFA产率方面9%组要远高于10%,差值最大可达463.38mg/(L·d),约占最大日均CODVFA产率1227.00mg/(L·d)的37.77%,因此牛粪高浓度厌氧水解酸化过程的较优工艺条件为温度32℃,料液浓度9%,发酵时间6d。     

分段组合式厌氧反应器的运行性能

为研发高效厌氧生物反应器,采用模拟有机废水,对分段组合式厌氧反应器的运行性能进行了研究。试验结果表明：该反应器具有很高容积效能,容积负荷可达110.97?g/(L·d),容积负荷去除率可达84.35?g/(L·d),容积产气率可达57.00?L/(L·d)。该反应器内的基质浓度及中间产物浓度较高,平均化学需氧量和挥发性有机酸浓度分别是常效反应器相应值的18.49倍与37.52倍,可提供较大的反应推动力。该反应器具有良好的运行性能,但趋近满负荷时性能参数波动较大,易导致反应器工况失稳。     

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。     

猪、牛粪厌氧发酵中氮素形态转化及其在沼液和沼渣中的分布

了解厌氧发酵过程中畜禽粪便氮素的形态转化及其在沼液和沼渣中的分布,是沼液和沼渣有效处理及合理利用的理论基础和前提条件。该研究以猪粪和牛粪为原料,在中温((37±2)℃)条件下采用连续搅拌反应器进行厌氧发酵,分析此过程中氮素形态转化及在固相和液相的分配。研究结果表明:厌氧发酵130d后,猪粪和牛粪氮素损失率分别为12.2%和11.5%。猪粪和牛粪沼渣(即出料的固体与残留在反应器内固体的总和)中的氮量分别为进料总氮量的61.9%和72.7%。发酵后的出料中,猪粪的氮量在液相中增加了约10.7%,在固相中降低了约28.0%;而牛粪的氮量在液相中降低了约8.7%,在固相中增加了约2.8%。猪粪和牛粪发酵出料中NH4+-N质量的增幅分别达162.2%和90.0%,占总氮量的43.3%和30.5%;而NO3--N质量分别降低了约50.0%和45.2%,不足总氮量的1%。猪粪发酵后残留在反应器中的沼渣干质量远大于牛粪,运行过程中需定期排渣。     

序批式秸秆牛粪混合厌氧干发酵过程物料理化及渗滤特性

序批式厌氧干发酵技术在规模化处理农业废弃物方面具备优势,通过工艺调控优化使产气效率得到明显改善,但对其物质转化特性的综合研究尚待深入。该文在发酵温度和秸秆粒径交互因素下,对不同干发酵环境理化特性及微生物群落进行比较,探寻提高物质转化效率机制、物料形态及渗滤液流动特性。结果表明,高温和细粒径条件显著改善生物转化效率,通过加速有机酸转化,使物料降解率和沼气产量提升了22.61%和56.17%。发酵10 d,细粒径物料结构-渗滤液流动规律基本稳定,形成渗滤液由反应器中区向外区流动趋势,并与Clostridiales、Bacillales、Methanosarcina、Methanoculleus丰度呈正相关（P＜0.05）,形成最佳转化状态。该研究可为评价和改善不同序批式厌氧干发酵体系运行效率提供理论依据。     

典型畜禽粪便厌氧发酵产甲烷潜力试验与计算

为获得符合中国现阶段畜牧业生产实际的畜禽粪便产甲烷潜力(Biochemical Methane Potential,BMP),为不同养殖场粪便管理甲烷评价提供参考,该研究选取蛋鸡粪、奶牛粪、猪粪三种主要畜禽粪便,在(37±0.5)℃条件下进行中温批式厌氧发酵试验,并利用First-order模型和修正后的Gompert...     

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。     

金霉素浓度对鸡粪中温厌氧消化特性及抗生素降解的影响

针对抗生素污染对鸡粪厌氧消化影响不明的问题,该文利用批次试验探究了不同质量浓度金霉素(chlortetracycline,CTC)(4～200 mg/L)对鸡粪中温厌氧消化过程、产气效率及抗生素降解的影响。结果表明,低浓度的CTC(质量浓度≤20 mg/L)促进了鸡粪中温厌氧消化作用,其对累积水解、酸化、乙酸化及甲烷化的最大促进率较对照(质量浓度0mg/L)分别提高了12.69%,11.55%,11.31%和9.82%,厌氧消化有效降解了鸡粪中的CTC,降解率为59.87%～71.95%,这是因为厌氧污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)由结合态(松散结合态(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密结合态(tightly bound EPS,TB-EPS))转化为黏液态(slime EPS,S-EPS)促进了水解作用,另外,CTC降解提供的碳源进一步促进了甲烷的生成。高浓度CTC(质量浓度≥60mg/L)抑制了鸡粪中温厌氧消化作用,且抑制率随CTC质量浓度的增大而升高,对累积水解、酸化、乙酸化及甲烷化的最大抑制率分别为16.48%,18.54%,18.96%和19.94%,CTC的降解率为43.4%～51.44%;在此条件下污泥EPS较对照提高了13.81%～39.23%,其中EPS蛋白浓度由943.01 mg/L增加为1 083.69～1 338.20 mg/L。中温条件下CTC对鸡粪厌氧消化抑制阈值为22.16 mg/L。消化结束后,沼液和沼渣中的CTC分别占总量的0.46%～3.13%和96.87%～99.54%,表明CTC绝大部分残留在沼渣中,存在较大环境风险,所以应对沼渣进一步无害化处理后才可还田使用。     

水热预处理对猪粪厌氧消化及沼液生态安全性的影响

为进一步提高猪粪在厌氧消化过程中水解性和产甲烷性能,同时增加猪粪沼液还田利用途径的生态安全性,该研究采用水热的方式对猪粪进行预处理,探究了不同温度（70、90、120、150和170 ℃）水热预处理对猪粪的理化特性和厌氧消化产甲烷性能的影响,并对其沼液的生态安全性进行评估。结果表明,不同温度水热处理30 min条件下,猪粪SCOD（Soluble Chemical Oxygen Demand,溶解性化学需氧量）增加了3.9%～43.6%;经150 ℃水热处理后的猪粪获得最高的产甲烷量(398±40) mL/g（以VS计算,Volatile Solid,挥发性固体）,相对于未经处理猪粪的产甲烷量显著提高了5.6%（P<0.05）。猪粪经150 ℃水热预处理和厌氧消化后的沼液中重金属Hg、As、Pb、Cr和Cd含量均满足《农用沼液（GB/T 40750-2021）》的限量要求;粪大肠杆菌的含量满足《粪便无害化卫生要求（GB7959-2012）》;土霉素大幅度降低,恩诺沙星、磺胺嘧啶和诺氟沙星的含量均低于检测限。因此,适当的水热预处理（150 ℃）不仅能够提高猪粪的厌氧消化产甲烷性能,并且能够进一步加强粪污无害化处理和降低沼液还田利用的环境风险。     

畜禽粪便厌氧发酵过程抗生素抗性基因归趋及驱动因子分析

针对畜禽养殖业抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)污染问题,该文选取厌氧发酵技术,对比不同厌氧发酵体系内ARGs消长与潜在宿主菌,挖掘不同因子与ARGs的相互关系。结果表明,厌氧发酵体系内微生物群落变化是ARGs消长的主要驱动因子,确定ARGs的潜在宿主菌是目前研究的难点;抗生素和重金属也是ARGs消长的重要驱动因子,控制抗生素污染和重金属污染可有效减缓ARGs污染;可移动遗传元件在ARGs水平传播过程中起着重要作用。综合而言,厌氧发酵体系内各个因子直接或间接影响ARGs消长,其中工艺参数是控制整个厌氧发酵体系的先决因素,在特定工艺参数下,微生物群落与体系物化指标相互影响与制约;微生物通过分子内部可移动遗传元件实现ARGs在不同微生物之间的水平传播。综上所述,通过综合协调各类因子实现厌氧发酵体系内ARGs消控是今后研究重点。