酿酒废糟中温和高温干式厌氧消化及微生物群落结构的研究

为了探究不同温度条件下酿酒废糟干式厌氧消化系统表现及微生物群落结构差异,以酿酒废糟为原料,运行中温(37℃)和高温(52℃)干式厌氧消化反应器,研究产沼气效果及微生物群落的动态变化。结果表明,中温和高温条件下酿酒废糟沼气回收率分别达到了理论产沼气体积的41.32%和42.97%。中温系统中残留挥发性有机酸可以在31 d消耗完毕,而高温系统存在挥发性有机酸积累的风险,44 d才能将残留挥发性有机酸完全消耗。通过分析微生物群落结构发现,在细菌属水平上,高温系统中Defluviitoga和Clostridium优势显著,中温系统中Petrimonas优势显著。中温和高温系统厌氧发酵过程中产甲烷群落均由乙酸营养型产甲烷菌(Methanosarcina)向氢营养型产甲烷菌(Methanoculleus)转变,但产甲烷菌种类和丰度存在明显差异。     

总固体浓度对猪粪厌氧消化的影响及菌群结构分析

厌氧发酵是解决畜禽粪污染的重要途径。为降低猪粪对环境的污染,研究总固体(total solid,简称TS)浓度对固液分离后的猪粪厌氧消化性能的影响,并对适宜TS浓度猪粪发酵液的微生物菌群结构进行分析。结果表明,固液分离后的猪粪在TS浓度为7%、10%、13%、16%的湿发酵、半干发酵和干发酵中,挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,简称VFAs)以乙酸和丙酸为主,并有少量丁酸和微量的甲酸。TS浓度为13%的猪粪,乙酸平均含量占VFAs平均含量的比例最高,达35.14%,累积TS产气量和日均产气量分别为370.90 mL/g和3.02 mL/g,高于其他各组。厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)是TS浓度为13%的猪粪厌氧发酵优势细菌菌群,它们的相对丰度分别为29.5%、28.9%和25.5%;甲烷球菌目(Methanosarcinales)、甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae)和甲烷丝菌属(Methanothrix)为它的优势古菌菌群。     

污水污泥的厌氧消化研究

本文对世界各国有关城市污水污泥的厌氧消化方法作一综述，着重介绍了中温厌氧消化、高温厌氧消化和其他新型高效的厌气消化方法．     

猪粪与污泥厌氧消化原料的优化配比研究

采用原料含水率,投料比,污泥接种量3种因素不同水平的组合试验,通过测量产气量、甲烷含量等指标确定猪粪与污泥厌氧发酵最佳试验条件.试验结果表明,优选方案为锯末与猪粪有机质质量比为2:8,污泥接种量为20%,含水率为88%.     

废弃脐橙与猪粪厌氧共消化的反应性能研究

采用自制序批式厌氧消化装置,在中温(37℃)条件下研究废弃脐橙与猪粪厌氧共消化的反应性能,通过设计正交试验,研究TS、C/N、温度对产甲烷的影响。结果表明:各处理容易在短时间内迅速积累大量的挥发性脂肪酸,在不调控p H的情况下产甲烷过程容易受到抑制。正交试验结果的直观分析表明对产气性能影响最大的因素是C/N,其次是TS,影响最小的是温度,初步得出最佳反应条件为C/N = 35、TS = 15%、温度55℃。     

去除瘤胃厌氧真菌对山羊瘤胃消化代谢的影响

在青干草日粮条件下，以3头装有永久性瘤胃瘘管的本地山羊为试验动物，研究去除瘤胃厌氧真菌对山羊瘤胃消代谢的影响，结果表明，去除瘤胃厌氧真菌后，瘤胃中的氨氮浓度显下降（P＜0．05），微生物蛋白浓度显上升（P＜0．05）。瘤胃总挥发性脂肪酸浓度显下降（P＜0．05），脂肪酸组成中，乙酸比例显下降（P＜0．05），丙酸比例显上（P＜0．05），丁酸比例无显变化（P＞0．10）。酶活性测定结果表明，瘤胃内羧甲基纤维素酶活力显下降（P＜0．05）。稻草片段的消失也显下降（P＜0．05）。在此基础上，1＃，2＃羊引入瘤胃厌氧真菌后，氨氮浓度，稻草片段的消失率，总发挥性脂肪酸浓度及羧甲基纤维素酶活力皆有所回升，但均低于正常水平。     

氨胁迫对猪粪厌氧消化性能的影响

以猪粪为原料,采用批式试验方法,研究不同氨氮添加量(0、400、800、1600、2400、3200、4000 mg·L^-1)对厌氧消化产气效果的影响.结果表明:随着氨氮添加量的增加,总产气量和CH₄产率均呈现先升高后降低的变化趋势,氨氮添加量 ≥2400 mg·L^-1时,厌氧消化过程受到显著抑制;不同处理中猪粪挥发性固体(VS)的CH₄产率分别为328.5、338.1、323.2、304.9、276.2、124.9、56.1 mL·g^-1.氨氮添加量为0~800 mg·L^-1时,最大VS产CH₄速率分别为18.3、18.4、17.1 mL·g^-1·d^-1;氨氮添加量为2400 mg·L^-1时,产气高峰推迟,产CH₄速率明显降低;氨氮添加量 ≥400 mg·L^-1时,厌氧消化30 d底物的生物转化产CH₄效率随氨氮添加量的增加逐渐降低,分别为56.7%、54.5%、52.4%、30.6%、1.6%和1.3%;氨氮添加量为400~2400 mg·L^-1时,乙酸利用型产甲烷菌Methanosaeta的相对丰度总体随氨氮质量浓度的增加而降低,而氢利用型产甲烷菌Methanosarcina和Methanococcus具有相反的变化规律.     

牛粪原料浓度对厌氧消化削减四环素类抗性基因的影响

为了探究不同原料浓度厌氧消化体系中四环素类抗性基因(Tetracycline resistance genes,TRGs)的变化,设置牛粪原料浓度为100%、75%、50%和25%,分析了TRGs、理化因子和微生物群落的变化特征及三者之间的相互关系。结果表明:不同处理之间产气速率相似,原料浓度从100%降低至25%时总产气量从358.83 mL·g~(-1)·d~(-1)增加至400.89 mL·g~(-1)·d~(-1)。消化后的大部分处理中tetO、tetQ和tetT相对丰度减小为原料的1.04%～87.06%,而tetC、tetG、tetW和tetX相对丰度增加至原料的1.32～34.99倍。与100%原料浓度相比,较低原料浓度消化后多数TRGs如tetC、tetG、tetO和tetX以及intⅠ1的相对丰度更高。不同条件下微生物群落差异明显,较低浓度原料(50%和25%)消化后优势菌门从Firmicutes变为Proteobacteria,且TRGs潜在宿主菌属的种类和数目均随着原料浓度的改变而改变。冗余分析表明,理化因子通过影响潜在宿主菌的变化从而影响TRGs的变化。综上,由废水干预的牛粪原料浓度较低的情况可能有利于TRGs潜在宿主菌的增殖,从而增加TRGs传播的风险。     

半连续餐厨垃圾与猪粪混合厌氧消化动力学研究

采用逐渐提高有机负荷的半连续进料方式,研究中温（35℃）条件下餐厨垃圾与猪粪混合厌氧消化规律和性能,并利用一级和准二级动力学模型对其试验结果进行动力学分析。研究表明,在0.5和0.75 gVS/（L.d）有机负荷条件下,厌氧消化系统产酸到产甲烷阶段微生物的消长与生化反应均能达到动态平衡。当有机负荷为0.75 gVS/（L.d）时,厌氧消化性能达到最佳,系统出现最大单位原料产气率和最大平均甲烷含量,分别为0.78 L/gVS和51%。对试验进行动力学分析,发现一级动力学模型标准偏差值r2=0.970 0,大于准二级动力学模型的标准偏差值0.935 5。这说明一级反应动力学模型能较好地反映0.75 gVS/（L.d）负荷下的产气动力学过程。     

厌氧消化中秸秆预处理技术的研究现状

综述了秸秆类生物质在参与厌氧消化过程前的各种预处理技术,主要包括物理、化学、生物等预处理。这些技术对秸秆厌氧消化的产气效果有一定提升作用,但也存在一些局限性,如物理预处理方法耗能高、化学预处理方法可能造成污染。目前厌氧消化中冰冻预处理技术研究还较少,冰冻能够高效破坏木质素并促进纤维素水解,为秸秆高效利用提供了一个新的探索方向。     

猪粪厌氧发酵消化液回流体系微生物群落结构特征与产气关系研究

为明确厌氧发酵消化液回流体系中微生物群落结构的特征,采用Miseq高通量测序技术,研究回流过程中微生物的多样性和群落结构变化,并分析其与产气性能的关系。结果表明:消化液回流体系中,细菌的丰富度、多样性均高于产甲烷古菌,并随回流时间的延长明显增加,而产甲烷古菌无明显变化;细菌群落主要分为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)等8个不同的门类,厚壁菌门、梭菌纲(Clostridia)、梭菌属(Clostridium)是不同水平上的优势细菌,相对丰度分别从初期的62.79%、58.62%、35.44%上升到81.46%、68.19%、39.10%;产甲烷古菌中,广古菌门(Euryarchaeota)占绝对优势,在接种物中,第68 d和第219 d相对丰度分别为94.76%、99.89%、99.59%,属分类上主要有7种,其中甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的相对丰度由23.99%升高到72.28%,而甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)和甲烷球菌属(Methanosphaera)分别由16.34%、21.71%降低至3.70%、12.93%;日平均产气率由初期的409 m L·g~(-1)升高至477 m L·g~(-1),在219 d的试验中,氨氮和有机酸浓度均呈升高趋势,但并未对厌氧发酵产生抑制作用。研究表明:厌氧发酵回流体系中微生物以梭菌属和甲烷八叠球菌属为优势菌属,产气率随其相对丰度的增大而升高,而与甲烷短杆菌属和甲烷球菌属呈负相关。     

三种添加剂对猪粪厌氧干发酵的影响

为避免猪粪厌氧干发酵酸抑制,提高产气效率,以猪粪为主要发酵原料,研究中温(37℃)条件下不同添加剂(蛭石、海泡石和生物炭)及添加量(添加比例为5%、10%、15%和20%)对厌氧干发酵(总固体为20%)的产酸及产气性能的影响。结果表明:加入添加剂的发酵体系中,总有机酸(TVFAs)质量浓度随蛭石和生物炭添加比例的增加而降低,第25 d后TVFAs质量浓度迅速降低,相比生物炭和蛭石,海泡石的不同添加比例差异不显著。与猪粪单独发酵相比,不同生物炭(P-C)添加比例下迟滞期可缩短31.23%～83.90%。10%添加比例下,蛭石、海泡石和生物炭使累积挥发性固体(VS)产气率分别提高了98.97%、76.78%和93.06%,当添加比例达到20%时,最大VS产甲烷速率分别为3.62、2.87 mL·g~(-1)和3.15 mL·g~(-1),累积VS产甲烷量可达106.38、106.68 mL·g~(-1)和126.23 mL·g~(-1)。3种添加剂均能够缓解猪粪厌氧干发酵的酸抑制,提高甲烷产率,总体上生物炭效果优于蛭石和海泡石。     

零价铁对猪粪发酵产甲烷和磷转化的影响

为解决猪粪发酵沼液中有机物和磷对环境造成的污染问题,提高清洁能源的生产率,通过在厌氧发酵系统中投加零价铁,采用傅里叶红外光谱仪（Fourier transform infrared spectrometer,FTIR）、X射线衍射分析（X-ray diffraction,XRD）、高通量测序等技术分析厌氧发酵过程中产甲烷量、磷的分布与形态、酶活性以及微生物群落等变化,研究零价铁对猪粪厌氧发酵产甲烷和磷转化的影响。结果表明,零价铁富集了Clostridun_sensu_stricto_1、Terripotobacter和Syntrophomonas等酸化菌,促进了水解酶的活性,使蛋白酶和β-葡萄糖苷酶的活性分别提高了0.6倍和2.4倍,增强了系统的水解酸化能力。并且零价铁还富集了产甲烷菌Methanosaeta,使产甲烷菌活性增强,最终提高了产甲烷11.1%。另外,零价铁富集了Ruminofilibacter和WS6_Dojkabacteria等相关磷转化的微生物,使酸（碱）性磷酸酶的活性增强26.3%左右,促进了系统内有机磷向无机磷转化。同时,零价铁显著提高了系统中溶解性Fe²⁺的含量,促进了水溶性磷向Fe结合磷化物的转化,最终固定在蓝铁矿等沉淀物中,显著地降低沼液总磷浓度。研究结果为提高猪粪厌氧发酵产甲烷和磷的固定提供了技术参考。     

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。     

城市固体有机废弃物厌氧消化处理技术研究进展

在城市生活垃圾清运量逐年增加的情形下,实现其中有机质无害化以及资源化处理,对当今城市化进程的发展和环境资源的保护具有重要的意义.综述了我国城市生活垃圾的清运状况以及厌氧消化技术在处理城市生活垃圾中的研究进展,并着重分析了影响厌氧消化效果的主要因素.同时,简述了厌氧消化后剩余固体产物沼渣的资源化技术.针对我国城市生活垃圾的特点,提出了厌氧消化技术仍将是我国生活垃圾未来资源化处置的重要方向.     

消化液回用对牛粪两相厌氧消化的影响

在试验的基础上研究了消化液回用对牛粪两相厌氧消化的影响.试验通过改变消化液的回用量来研究对两相厌氧消化的影响.研究发现,当每天进料量为1 L,消化液回用量分别为0、400、800mL,随着消化液回用量的增加,会使产酸相pH逐渐升高,以及造成挥发性脂肪酸VFA下降和丙酸积累;产酸相氨氮浓度也有所增加,但未达到抑制产气的极...     

鸡粪与水稻秸秆混合厌氧发酵特性研究

【目的】研究温度、原料配比对鸡粪与水稻秸秆混合原料厌氧发酵产气特性的影响,为提高厌氧发酵的产气效率提供依据。【方法】采用自行设计的可控性恒温沼气发酵装置,以不同配比(0.5∶1,1∶1,2∶1,3∶1)的鸡粪与水稻秸秆为发酵原料,在总固体(TS)质量分数为8%的情况下,研究各配比鸡粪与水稻秸秆在25,30,35,40℃下的厌氧发酵情况,并用SAS软件对温度、鸡粪与水稻秸秆配比和累积产气量的关系进行多元回归分析。【结果】25~40℃条件下,各配比鸡粪与水稻秸秆均能正常发酵产生沼气,发酵时间随温度上升而下降,鸡粪与水稻秸秆各配比对发酵时间无显著影响;随着温度的升高,除鸡粪与水稻秸秆配比为1∶1时的累积产气量升高外,其余配比处理的累积产气量均呈先增加后降低的变化趋势。通过模型分析,可知在发酵温度为35.5℃,鸡粪与水稻秸秆的配比为1.86∶1时,累积产气量最大可达9 290.9 mL。【结论】确定了鸡粪水稻秸秆沼气发酵的最佳温度和最适配比,为提高厌氧发酵的产气速率提供了依据,也为秸秆的合理利用提供了条件。     

氨氮对牛粪厌氧消化中四环素类抗性基因丰度及其驱动因子的影响

为探究氨氮浓度对高温厌氧消化中四环素类抗生素抗性基因（Tetracycline resistance genes,TRGs）绝对丰度变化及其微生态机制,设置氨氮浓度为600、1 100 mg·L^-1和1 600 mg·L^-1的牛粪高温厌氧消化体系,分析了TRGs、可移动遗传元件和细菌群落结构的变化特征及三者之间的关系。结果表明：氨氮浓度为600 mg·L^-1和1 100 mg·L^-1时,高温厌氧消化的产气速率和总产气量相似;氨氮浓度为1 600 mg·L^-1时,二者均受到抑制。tetC、tetO、tetQ、tetT和tetX的丰度在不同氨氮浓度条件下均减少,但tetA和tetG的丰度在氨氮浓度为1 600 mg·L^-1条件下增加了1.05倍和1.85倍。不同处理中细菌群落差异明显,TRGs潜在宿主菌的种类和数目均改变。相关性分析表明TRGs潜在宿主菌的差异可一定程度解释TRGs的丰度变化,但tetA和tetG丰度在氨氮浓度为1 600mg·L^-1条件下的增加主要与intI1和intI2的增长有关。综上所述,牛粪中较高的氨氮浓度会增加高温厌氧消化过程中TRGs通过水平基因转移途径增殖的可能性,从而增加TRGs传播的风险。     

消毒剂卫可施用对猪粪污厌氧消化系统运行及微生物多样性的影响

为全面评估大量消毒剂施用对猪场粪污厌氧发酵系统造成的损害程度,选择卫可（Virkon^TM）消毒剂为研究对象,在全自动甲烷潜力测试系统（AMPTS Ⅱ）中采取一次性投料的厌氧湿式发酵方式,探索质量浓度为0.05%和0.5%的卫可对系统产CH₄、水质污染物降解、微生物群落等方面影响。结果表明：卫可会导致厌氧发酵系统出现抑制产CH₄、COD不降反升、大幅促进氮磷释放等异常现象。对照组（CK组,新鲜猪粪添加接种污泥）和0.05%、0.5%卫可试验组（分别记为L组和H组）的最大产CH₄速率分别为（23.54±0.06）、（18.90±1.49）mL·g^-1·d^-1、（7.73±0.01）mL·g^-1·d^-1,且L组和H组的CH₄总产量分别降低7.53%和92.60%（P<0.001）,而CH₄速率常数也由0.267 d^-1（CK组）下降到0.225 d^-1（L组）;理化指标方面,在第0天（启动期）和第12天（结束期）,H组较CK组的COD、TP、NH₃-N、TN分别显著高出148.77%和368.97%、214.11%和498.12%、64.79%和44.37%、68.77%和53.30%。高通量测序发现,卫可会使厌氧系统中细菌群落组成、多样性和丰度发生显著变化,其中Ace、Chao和Shannon指数,L和H组均低于CK组,而Simpson指数则相反;厚壁菌门（Firmicutes）是第一优势菌群,其次是变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,其他微生物丰度均低于5%,且Firmicutes丰度与卫可剂量呈正相关,Proteobacteria、Chloroflexi和Bacteroidetes则相反,甚至热袍菌门（Thermotogae）和阴沟单胞菌门（Cloacimonetes）会因高剂量卫可而消失;在属水平,束毛球菌属（Trichococcus）由42%~59%降至12%~30%,消化链球菌属（Peptostreptococcus）、埃希氏-志贺菌属（Escherichia-Shigella）和Macellibacteroides属则显著增加。