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。     

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。     

沼气发酵接种物的选择对产气率的影响

本文探讨了不同接种物中几个主要微生物生理群的相对数量对产气率的影响。试验结果表明:①接种物中厌氧氨化细菌和产甲烷细菌含量较高,有利于缩短发酵启动期,促进盛产气期到来。②厌氧氨化细菌、产甲烷细菌、厌氧纤维分解细菌含量皆较高,则不仅有利于缩短发酵启动期,而且能提高产气率。③如果利用萄葡糖的厌氧产酸细菌含量较高,氨化细菌、产甲烷细菌、纤维分解细菌含量低,则发酵难以启动,产气率亦不高。     

沼气发酵过程中的种间氢转移

“种间氢转移”这一概念是随着沼气发酵微生物学,特别是沼气发酵生态学研究的不断深入而逐步形成的,是用于描述当一个原始底物发酵时,两个或多个相互作用的厌氧细菌之间通过分子H_2联合起来的氧化还原反应。无论是在水解发酵阶段,还是在产H_2产乙酸阶段,种间H_2转移反应都起着重要的调节作用。它控制着发酵反应的产物类型和比例,并使沼气发酵这个生态系统中,始终维持比较稳定的低H_2分压,促使产甲烷细菌和不产甲烷细菌代谢协调地进行。实践证明,研究种间氢转移对发展沼气发酵微生物学理论,提高沼气发酵工艺水平都有着重要的意义。自1968年Bechamp首次指出甲烷的形成是一种微生物学过程以后,大量的研究资料表明沼气发酵是一个极其复杂的生物化学过程,包括多种不同类型微生物所完成的各个代谢过程:这些代谢都不是孤立的,而是在一个复杂的环境中相互影响、相互制约、同时进行的。从六十年代以来,随着沼气发酵微生物学研究的不断深入,人们越来越注意到研究沼气发酵生态学的重要性,其中产甲烷菌与不产甲烷菌之间的相互关系最引人注目。本文试对有关这一方面的文献资料作一综述.     

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。     

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。     

猪粪厌氧干湿发酵产气效率对比

为了对比研究猪粪厌氧干湿发酵的产气效率,文章在中温37℃±1℃,接种物与原料的比例为1∶1的条件下,设置发酵浓度分别为8%和20%进行猪粪厌氧发酵产沼气实验。结果表明:猪粪厌氧湿发酵(发酵浓度为8%左右)的发酵产气周期要比猪粪厌氧干发酵(发酵浓度为20%左右)的更短;猪粪厌氧干发酵的VS产气率以及VS降解率均要高于猪粪厌氧湿发酵,且VS产气率提升了22. 10%;猪粪厌氧干湿发酵降解过程与Logistic方程的相关系数R~2均高于0. 99,Logistic方程可很好的反映猪粪厌氧干湿发酵过程的规律。     

沼气发酵不产甲烷细菌主要生理群及其代谢产物的研究

本试验以猪粪和稻草粉为原料,采用5500ml 玻璃瓶为发酵装置,发酵温度35℃,无搅拌,批量发酵。试验结果:(1)一般异养菌和氨化细菌在发酵启动至产气高峰期间维持最高菌数,发酵后期菌数缓慢下降。纤维分解菌和纤维素降解率之间表现了平行关系,其数量在产气高峰期最低,发酵后期持续上升;(2)发酵液分为上、中、下三层,五种生理群细菌的数量均为中层最低,上层和下层菌数高低时有差异,一般来说,一般异养菌和氨化细菌下层高于上层,亚硝酸细菌和硝酸细菌的上层高于下层;(3)在整个发酵过程中自始至终存在着亚硝酸和硝酸细菌。     

厌氧产氢细菌发酵类型和生态学的研究

本文在厌氧污泥处理高浓度有机废水的基础上，为了提高厌氧产氢细菌的产氢能力，采用间歇厌氧培养实验对产氢菌群生态学进行了研究。产氢菌群生态位、生态因子和种间协同作用的研究表明，Ｏ２、ｐＨ值、ＣＯＤ浓度的变化会引起发酵类型的变化。在厌氧产氢污泥中分离纯菌，通过发酵污泥混菌与纯菌的产氢能力的比较，表明了菌群间协同作用在产氢发酵中的作用。以白糖为供氢体，混菌的最大产氢能力达８４．４ｍｌＨ２／ｇ菌体·ｈ。提出了乙醇型发酵的最优控制因素。     

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。     

小型沼气工程系统构建与试验

为提高小型沼气工程的建造质量和运行效果,研究构建一套处理畜禽粪污的工艺流程,利用多向纤维缠绕玻璃钢工厂化生产标准件、现场组装罐体,并配套开发增温保温系统,形成一个建造便捷的完善系统.现场试验表明:构建系统产气规律较好的反映了产气量与发酵物料量的正向相关规律;其日平均容积产气率为0.85m3·m-3d-1,是一般小型沼气工程的3.4倍,为厌氧微生物创造了良好的发酵环境.     

菌渣与麦秸厌氧消化产气潜能研究

为了帮助企业处理菌渣厌氧消化产沼气的问题,试验采用菌渣与麦秸共发酵的方式,结合现有处理工序,重点考察不同原料配比及消化温度对产气的影响。试验结果表明:相同消化温度下,不同物料的混合比例对产气结果的影响有所不同。单一菌渣累积产气量和容积产气率较低,但单位有机质产气率高,说明菌渣作为底物用于厌氧消化产沼是可行的;随着麦秸的添加比例增大,各组累积产气量和容积产气率有不同程度的增加,厌氧消化时间有所提前。综合各项产气结果,当菌渣与麦秸比例为1∶1,消化温度为35℃时产气性能最佳。该项研究结果可为企业菌渣资源化处理及提高产气效率提供基础参数。     

茶渣沼气发酵潜力研究

文章以茶渣为沼气发酵原料,严格控制厌氧消化温度35℃±l℃的条件下,采用批式发酵工艺,进行厌氧消化产沼气试验.结果表明,茶渣是良好的沼气发酵原料,其干物质产气率为0.47L·g-1.     

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。     

不同外源添加剂对猪粪厌氧干发酵的影响

为了研究不同外源添加剂对猪粪厌氧干发酵的影响,文章在中温36℃±1℃,发酵浓度为20%的条件下,向发酵瓶内分别添加发酵体系干物质5%的活性炭、磁铁粉和灰分,进行厌氧干发酵实验直至产气结束。结果表明,3种添加剂均能缩短猪粪厌氧干发酵的发酵周期;且3种添加剂均可以提升猪粪厌氧干发酵的产气效率,提升效果强弱顺序为活性炭灰分磁铁粉;不同添加剂对猪粪发酵降解过程基本符合一级降解动力学,与Gompertz方程的相关系数R~2均大于0.99,能够用Gompertz方程较好反映不同添加剂对猪粪厌氧干发酵产沼气的降解规律。     

不同菌渣产沼气对比试验研究

试验采用3种菌渣作沼气发酵的原料,以纯小麦秸秆做为对照,比较4种原料的产气量及沼气中的甲烷含量。结果表明:小麦秸秆、稻草及棉籽壳3种菌渣均可发酵产沼气,但产气量比较低,干物质产气率远小于栽培食用菌之前的纯秸秆。棉籽壳菌渣的干物质产气率约是小麦秸秆菌渣的2倍,稻草菌渣的产气率介于二者之间。3种菌渣所产沼气中的甲烷含量也略有差异,其大小顺序为:棉籽壳菌渣小麦秸秆菌渣稻草菌渣。在农业生产上应首选棉籽壳菌渣作为沼气发酵原料。     

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。     

一株厌氧中温纤维素分解菌的分离和鉴定

从中国成都一个甲烷发酵罐的污泥中分离到一株厌氧中温纤维素分解细菌。细胞为革兰氏染色阴性,直或略弯杆状,长1.1—4.2微米,宽0.3—0.6微米,借助周生鞭毛运动;内生孢子近球形,位于末端,直径0.8微米。此菌能发酵多种碳水化合物。定名为产纤维二糖梭菌(Clostridium cellobioparam)SC-1菌株。     

EGSB反应器的动力学模型研究(1)--模型的建立

本文基于Monod方程，对膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器建立了动力学模型。该模型将厌氧体系中的微生物简化为两大类，即产酸菌和产甲烷菌，并考虑了其生长和衰亡的动力学过程；将厌氧消化过程简化为碳水化合物的发酵产酸、挥发性脂肪酸产甲烷两个子过程；还引入了厌氧缓冲体系中的各类物化平衡；在已知进水水质和有关运行参数的条件下，模型可以预测出EGSB反应器出水COD和VFA浓度、反应器内部pH值和碱度变化、沼气产量及气相组成。     

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。