高盐高油对餐厨垃圾厌氧发酵酶活性及产VFAs的影响

为探究高盐高油对厌氧发酵产酸及相关酶活性的影响,该研究以餐厨垃圾为发酵原料,在接种物质量为30%、TS(Total Solids)为8%、温度为35℃、初始pH值为7的条件下进行批式厌氧发酵试验,研究盐、油质量浓度为5、7、9、11、13、16 g/L的6个条件对发酵过程中的SCOD(Solluted Chemical Oxigen Demand)、VFAs(Volatile Fatty Acids)、淀粉酶、蛋白酶、辅酶F420和脱氢酶活性的影响。结果表明:随着盐油浓度的提高,SCOD峰值下降了23%～38%,并出现了2～3 d的延迟;高盐高油条件下产酸以丁酸为主,丙酸、乙酸和异戊酸含量次之,正己酸、异丁酸、正戊酸的含量最低,不同盐油条件下VFAs各组分比例差距较小;相关酶活性峰值均降低了5%～35%,相关酶活性峰值均推迟了3～6 d出现,盐油浓度越高抑制现象越明显。研究结果可为高盐高油对厌氧发酵的影响和后续试验提供参考。     

基于近红外光谱的沼液挥发性脂肪酸含量快速检测

挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acids,VFA）作为厌氧发酵过程的重要中间产物,其在厌氧反应器中的累积能够反映出产甲烷菌的不活跃状态或厌氧发酵条件的恶化。为了实现对农牧废弃物厌氧发酵进行过程分析和状态监控,将近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy,NIRS）与偏最小二乘（Partial Least Squares,PLS）相结合构建玉米秸秆和畜禽粪便厌氧发酵液乙酸、丙酸和总酸含量快速检测模型。将竞争自适应重加权采样法（Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS）与遗传模拟退火算法（Genetic Simulated Annealing algorithm,GSA）相结合构建CARS-GSA算法对沼液中的乙酸、丙酸和总酸进行特征波长优选,原始光谱数据1 557个波长点经预处理和波长优选后,得到乙酸、丙酸和总酸特征波长变量分别为135、101和245个,建立的回归模型验证决定系数分别为0.988、0.923和0.886,预测均方根误差（Root Mean Squared Error of Prediction,RMSEP）分别为0.111、0.120和0.727,相对分析误差分别为9.685、3.685和3.484,与全谱建模相比RMSEP分别减少了17.78%、15.49%和1.22%,能够满足农牧废弃物厌氧发酵过程发酵液中乙酸和丙酸含量的快速检测需求,基本满足总酸的检测需求。结果表明,通过构建CARS-GSA算法优选乙酸、丙酸和总酸的敏感波长变量,参与建模的波长点数量显著减少,有效降低了变量维度和模型复杂度,提升了回归模型检测精度和预测能力,为快速准确检测沼液VFA提供了新途径。     

互花米草与土豆混合厌氧发酵产酸和产沼气特性（英）

研究了中温（35℃）批量发酵条件下互花米草与土豆VS配比分别为6∶1、7∶1和9∶1时混合厌氧发酵的产酸发酵和产沼气特性。试验结果表明：1）与互花米草单独发酵时的丙酸型产酸发酵不同,混合发酵的产酸发酵表现为丁酸型发酵;混合发酵时发酵液中总挥发性有机酸（TVFAs）的浓度比互花米草单独发酵时提高了1倍多;混合发酵时发酵液中各单一有机酸浓度依次为乙酸>丙酸>丁酸,而互花米草单独发酵时为丙酸>乙酸>丁酸;2）6∶1、7∶1和9∶1三种配比下的沼气产量分别为460、431和415 mL/g VS,比互花米草单独发酵时的361 mL/gVS分别提高了27.4%、19.3%和15.0%;3）6∶1、7∶1和9∶1三种配比下的沼气中的甲烷含量分别为60.3%、62.4%和62.7%,比互花米草单独发酵条件下57.4%的平均甲烷含量提高了大约3%～5%。总之,混合发酵显著改变了互花米草的产酸发酵特性,这些改变对促进互花米草的厌氧发酵和提高所产沼气的质量均具有积极的意义。     

温度波动对牛粪高浓度水解酸化特性的影响

以新鲜牛粪为原料,用自制的厌氧水解酸化系统研究了在高浓度两相厌氧发酵过程中,30℃和35℃时温度波动±2.5℃对挥发性脂肪酸产量和挥发性脂肪酸主要成分的影响。结果表明,温度波动对挥发性脂肪酸产量的影响因基础温度而异,在35℃时温度波动组的挥发性脂肪酸产量略高于恒温组,30℃时温度波动组的挥发性脂肪酸产量与恒温组基本持平,但总体趋势是温度波动组要好于恒温组。温度波动对乙酸含量基本没有影响,而对丙酸的含量有一定影响。所以在牛粪高浓度水解酸化过程中,可以在水解酸化相通过温度波动取得较好的厌氧水解酸化效果。     

超声辅助一锅法去除牛骨胶原蛋白肽粉异嗅味物质研究

为明确牛骨胶原蛋白肽粉高值化加工过程中主要的异嗅味物质及其最佳脱臭工艺,本研究使用气相色谱-质谱联用法（GC-MS）结合相对香气活性值（ROAV）对异味肽粉中主要的异嗅味挥发性物质进行鉴定。结果表明,异丁酸、己酸、乙酸、丁酸、异戊酸、戊酸为异味肽粉中主要的异嗅味挥发性物质,该类物质具有令人不悦的气味;通过超声波辅助食用碱催化肽粉中异嗅味物质与乙醇发生酯化反应来实现异嗅味牛骨胶原蛋白肽粉的脱臭,再利用单因素和响应面法对牛骨胶原蛋白肽脱臭工艺进行优化,当反应时间为28.43 min、乙醇添加量为3.19%、反应温度为75.41℃时,感官评价得分最高,达到71.16分,达到除臭目的。本研究为牛骨胶原蛋白肽粉的脱臭工艺和工业化生产提供了技术支持。     

液液萃取-气相色谱法测定发酵液中的有机酸与乙醇

嗜热菌降解纤维素是第二代燃料乙醇发展的重要方向。测定发酵液中乙醇和有机酸组成的变化,对发酵过程控制具有重要意义。该文以正丙醇为内标,建立了发酵液中乙醇、乙酸、丙酸和丁酸的气相色谱检测方法。该方法为:发酵液调节pH值、与内标混合、添加氯化钠至饱和、乙酸乙酯萃取,有机相进气相色谱检测。该方法下几种化合物的检出限范围为10~45 mg/L,低、中和高3个水平的加标回收率范围为80.65%~107.94%,相对标准偏差范围为1.71%~4.98%,该方法能用于纤维素菌群降解体系有机酸与乙醇的检测。该文还测算了20℃时乙醇、正丙醇、乙酸、丙酸和丁酸在乙酸乙酯和饱和氯化钠溶液中的分配系数,其值分别为0.28、1.64、1.37、2.51和3.29。该检测方法还可以推广应用于其他水相体系中有机酸和乙醇的检测,如废水厌氧消化液中挥发性脂肪酸的检测以及发酵醪中乙醇的检测。     

固态厌氧消化过程中有机质、有机酸和产气量空间异质性

研究反应器内发酵物料中有机质、有机酸和产气量在反应器中的空间差异对于有效提高混合物料的厌氧产气效率具有关键作用。该文以猪粪和秸秆混合物料为发酵原料,接种活性污泥,采用中温（35℃）筒式两相厌氧发酵工艺,对混合固态物料厌氧消化过程中不同区域料液的有机质、有机酸和产气速率进行监测,并主要分析其纵向的空间异质性变化。结果表明：固态厌氧发酵过程中,TS、VS、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的质量分数随着物料距反应器底面高度的增加而增大,越接近料液顶端,纵向差异越强,反之浓度降低越快,这5种关键物质在料液底部浓度较为均一,异质性明显降低;产气速率和单位VS累计产气量随着物料距反应器底面高度的增大而增加,皆为底层最低而顶层最高;反应过程中存在核心厌氧区,厌氧系统累计产气量和料液高度具有明显的幂增函数（R2=0.9754）关系,该研究为固态厌氧高效发酵提供了数据参考。     

基于嗅觉可视化和近红外光谱融合技术的海鲈鱼新鲜度评价

为了实现鱼类新鲜度的快速无损检测,该研究尝试利用嗅觉可视化与近红外光谱融合技术对鱼的挥发性盐基氮含量进行预测,从而评价其新鲜度。试验对象选用海鲈鱼,4℃冷藏待测。用主成分分析法对从可视化传感器阵列提取到的特征变量进行降维,用遗传算法结合偏最小二乘法对预处理后的近红外光谱特征变量进行筛选,将降维和筛选后的变量进行特征层融合。用支持向量回归算法分别建立基于嗅觉可视化、近红外光谱和多传感器信息融合技术的挥发性盐基氮含量预测模型。基于嗅觉可视化技术的模型的预测集决定系数R2 p为0.757,均方根误差RMSEP为6.755 mg/100g;基于近红外光谱技术的模型的决定系数R2 p为0.787,均方根误差RMSEP为6.186 mg/100g;而融合模型的决定系数R2 p为0.882,均方根误差RMSEP为4.585 mg/100g,与前两个模型相比,预测更准确。研究结果表明,利用嗅觉可视化和近红外光谱融合技术评价海鲈鱼新鲜度是可行的。     

复合菌系MC1预处理对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷效率的提高

采用高效纤维素分解菌复合系MC1对玉米秸秆进行预处理,以提高玉米秸秆厌氧甲烷发酵的效率和产气量。复合菌系预处理的结果表明,预处理发酵液的pH值呈先下降后升高的趋势,与以往的复合菌系发酵产物pH值特性相似。在14 d的预处理过程中,秸秆质量减少了59.0%,其中纤维素减少了53.1%,半纤维素减少了76.4%。发酵液中的可溶性糖含量最大值出现在第2 d,为1.44 g/L。化学需氧量（COD）和挥发性产物最大值均出现在第4 d,监测到的5种挥发性产物的量分别为乙醇2.38 g/L、乙酸0.57 g/L、丙酸0.11 g/L、丁酸0.62 g/L和甘油0.22 g/L,因此,处理4 d后最适合甲烷发酵。厌氧发酵的结果表明,与未处理的玉米秸秆的厌氧发酵相比,预处理后的秸秆总产气量和总甲烷量分别了提高了33.0%和58.1%。结果表明,MC1对玉米秸秆预处理后,可明显提高甲烷产量,具有较高的利用潜力。     

蔬菜废弃物中温厌氧发酵酸化失稳预警指标筛选

厌氧消化是一种可以较好地将有机废弃物处理和能源回收结合的生物技术,它是多种厌氧微生物共同参与、分阶段有序进行的复杂串联代谢过程。其中产甲烷菌对环境最敏感、代谢速率最慢,产甲烷阶段往往是厌氧消化系统的瓶颈,水解酸化与产甲烷两阶段不能较好地匹配,极易受到抑制。针对蔬菜废弃物厌氧发酵易酸化的特点,该试验旨在筛选发酵体系酸化失稳预警指标,采用自行设计的70 L反应装置,在中温35℃条件下进行蔬菜废弃物厌氧发酵的连续冲击负荷试验。通过对发酵过程中的气相及液相指标监测,该研究筛选出4类失稳预警指标,分别为:1)甲烷与二氧化碳的比值。当CH_4/CO_21.06时,系统出现酸化现象,提前18 d对厌氧发酵系统做出预警指示,具有最强的失稳预警性;2)挥发性脂肪酸。当丙酸、正/异丁酸、正/异戊酸出现突变时,系统出现酸化征兆,分别在17、15和15 d对厌氧消化体系做出失稳预警;3)碱度。包括总碱度(total alkalinity,TA)、碳酸氢盐碱度(bicarbonate alkalinity,BA)、及挥发酸盐碱度(intermediate alkalinity,IA)的耦合性指标,当BA1500 mg/L、BA/TA0.8或IA/BA0.4时,系统提前13、12和12 d做出酸化预警指示,此时发酵体系缓冲性能较差,系统极易出现挥发性脂肪酸的累积进而导致系统酸化失稳;4)氧化还原电位和pH值在整个厌氧消化过程中均持续微弱变化,利用其绝对值很难做出失稳判断,利用其相对变化值可做出失稳判断,骤变分别发生在产气彻底停止前第5天和第4天,预警能力较弱。在工程实际应用中,相比液相指标而言,气相指标的监测更容易实现,建议CH_4/CO_2作为预警指标。     

分层接种对猪粪厌氧干发酵产气性能及微生物群落结构的影响

为避免厌氧干发酵酸抑制,提高产气效率,以猪粪和玉米秸秆为发酵原料,采用中温批式试验,在总固体(Total Solid,TS)为20％、接种比为25％的条件下研究分层接种和混合接种对猪粪干发酵厌氧消化性能的影响.结果表明:2种接种方式下的发酵体系内挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids,VFAs)均发生明...     

乙醇预发酵对餐厨垃圾与酒糟混合甲烷发酵的影响

为了解决餐厨垃圾两相干式厌氧发酵产甲烷过程中的挥发酸抑制问题,该试验在酸发酵阶段添加产乙醇菌分别进行12、24和48 h的预发酵,然后在相同条件下进行甲烷发酵,考察不同乙醇预发酵时间对餐厨垃圾与酒糟混合发酵产甲烷的影响,考察其甲烷发酵过程中的pH值、总挥发性有机酸(total volatile fatty acid,TVFA)、乙酸、丙酸、乙醇等参数的变化,并与未经乙醇预发酵的对照组比较,以期为相关领域的理论与实践研究提供参考经验。结果表明:各组乙醇浓度和pH值从高到低的顺序依次为:预发酵48 h组24 h组12 h组对照组,而乙酸和TVFA则呈现相反的顺序;由于乙醇为中性物质,且比丙酸容易转化为乙酸,故可缓解由有机酸累积而导致的酸抑制,使乙醇预发酵12、24、48 h组的累积产甲烷量分别比未经预发酵对照组高9.1%、31.6%、19.9%左右,其中,乙醇预发酵24h时厌氧消化效果较好。研究为厌氧发酵产甲烷过程中的解决酸抑制问题提供参考。     

分离式两相厌氧发酵渗滤液回流对发酵过程影响

为研究分离式两相厌氧发酵工艺中渗滤液回流对其发酵过程的影响,在试验室对分离式两相工艺流程进行模拟,实现两相间渗滤液相互回流。比较分析渗滤液在喷淋和浸泡两种回流方式下的产气性能,重点分析两种回流方式下渗滤液pH值、挥发性脂肪酸总量及成分的变化以及其与产气量之间的关系,并计算出两种回流方式下的单位物料TS产气量,试验结果表明：分离式两相厌氧发酵工艺中,系统在渗滤液浸泡回流方式下稳定性更好,产气性能更佳,累计产气量是喷淋回流方式的2倍,其物料单位质量TS产气量可达217.88 mL/g。     

废弃食用油脂两相厌氧发酵酸化条件优化

油脂的水解和长链脂肪酸的降解是油脂厌氧发酵过程中的限速步骤,提高水解酸化阶段挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)的产率,有助于后续甲烷化反应的进行。利用响应面方法(response surface methodology,RSM)对废弃食用油脂两相厌氧发酵水解产挥发酸条件进行优化,考察了初始p H值、原料负荷、反应时间和接种量对产生挥发酸浓度的影响,提出采用该工艺的数学模型及优化后的工艺参数。结果表明,各影响因子对挥发酸的影响顺序为:接种量反应时间原料负荷初始p H值,方程的F值为15.65,相关系数为0.9359,调整相关系数为0.8761,说明数学模型可以较好地模拟真实的反应曲面。优化得到最佳的工艺参数为初始p H值6.2、负荷300 g/L、反应时间8 d、接种量40%,在该条件下,实际产挥发酸7 221.0 mg/L,与预测值7 224.0 mg/L吻合且重现性较好。厌氧产甲烷试验表明,酸化后废弃油脂较未酸化油脂在甲烷产量、甲烷含量、总化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率及挥发性固体(volatile solid,VS)去除率方面分别提高了44%、11%、28%和51%,经酸化处理比未酸化油脂的厌氧发酵时间(完成一个厌氧发酵周期内总产气量的80%的时间)缩短了28%。该研究结果为废弃食用油脂的两相厌氧发酵中试提供了参考。     

生物炭强化有机废弃物厌氧发酵技术研究

厌氧发酵是中国有机废弃物处理的重要技术途径,但利用厌氧发酵技术在高负荷条件下处理有机废弃物过程中,因有机酸、氨氮等抑制性物质作用,易导致厌氧发酵运行不稳定,处理效率不高等问题。生物炭是生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温热解形成的多孔径碳质材料,具有比表面积高,孔隙结构复杂,表面活性基团丰富和导电性强等特性,并被广泛用于厌氧发酵技术研究。近年来国内外研究表明,生物炭能有效强化厌氧发酵,提高厌氧发酵过程中有机废弃物的处理效率。然而,对于生物炭强化厌氧发酵技术途径,目前仍未见系统的梳理和报道。该文对生物炭材料的化学组成、孔隙结构、表面官能团关键因素及生物炭强化厌氧发酵技术的重要途径进行了系统分析和归纳,从生物炭材料的理化性质出发,阐述了生物炭对于厌氧发酵技术的强化效果及强化途径,强化途径主要包括:提升系统缓冲能力、微生物载体作用和强化电子传递等,在此基础上提出了今后生物炭强化有机废弃物厌氧发酵技术的重点研究内容和方向,为开发厌氧发酵强化技术提供指导。     

蚓粪促进玉米秸秆厌氧消化产气效果的研究

以玉米秸秆为试验研究对象,比较添加蚓粪后对秸秆厌氧消化产气特性的影响。在接种污泥比例为20%、30%、50%时,添加适当蚓粪,使其在35℃下中温厌氧消化,试验中研究产气量、pH值和乙酸产生量等参数的变化趋势。结果表明,添加蚓粪后,各处理的产气量均显著增加,其中50%接种污泥的处理累积产气量达340mL,增幅达67.05%,添加蚓粪的物料发挥了最大的产气效果。试验过程中pH值相对稳定,乙酸累积量较低。蚓粪的添加抑制了酸的累积,使pH稳定在一定的范围。     

红茶感官品质及成分近红外光谱快速检测模型建立

以在发酵过程中小叶种工夫红茶为研究对象,分别建立了基于近红外光谱检测技术的感官品质评分和理化品质指标(茶黄素、茶红素、茶褐素、儿茶素和酚氨比)的定量分析模型。在模型建立过程中,探讨了特征变量优选方法对预测模型的影响。首先,对获取的近红外光谱数据进行标准正态变量变换法(standard normal Z transformation,SNV)预处理,进而采用联合区间偏最小二乘回归(synergy interval PLS,Si-PLS)、随机蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm,SFLA)、竞争性自适应权重取样法(competitiveadaptivereweightedsampling,CARS)和连续投影(successive projections algorithm,SPA),筛选出各品质指标的最优特征波长变量;最后基于优选波长分别建立各发酵品质指标的偏最小二乘法(partial least squares regression,PLS)线性预测模型和支持向量机(support vector regression,SVR)非线性预测模型。模型结果比较表明,Si、CARS、SFLA和SPA等变量筛选方法可有效压缩变量,以及进一步提高模型精度。非线性模型的预测均方根误差值(root-mean-square error of prediction,RMSEP)均明显小于PLS模型,相关性系数(correlation coefficient,R)和相对分析误差(relative percent deviation,RPD)均高于PLS模型。对于红茶发酵品质的检测上,非线性模型性能优于线性模型。感官品质、茶褐素和儿茶素的最优变量SVR预测模型的RPD值分别为3.923、3.234和5.462,酚氨比和茶红素模型的RPD值分别为2.815和2.223。除茶黄素的评价模型外(RPD为1.77),基于最优特征波长的各品质指标SVR模型的RPD值均大于2,表明模型具有极好的预测性能。研究结果为实现工夫红茶发酵品质的近红外光谱快速检测的实际应用奠定理论基础。     

光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响研究

研究光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响,为沼气池的改进、提高产气量提供参考。试验以猪粪、牛粪为发酵原料,设置0、6、12、24h4组光照梯度处理,在恒温35℃和料液总固体质量分数为8%的条件下进行厌氧发酵。结果显示,不同光照强度下同一发酵原料的产气量差别较大,猪粪、牛粪在12h光照条件下的累积产气量分别是0h光照条件下的（黑暗）1.80、2.34倍;相同的光照强度不同发酵原料产气量存在差别,0h光照条件下（黑暗）猪粪的累积产气量为8136mL,牛粪的累积产气量为3282.5mL;光照条件改变发酵料液的理化性质,使累积产气量与发酵料液的碱度、挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids,VFA）、pH值、氨态氮的相关性呈动态变化。     

预发酵方式对餐厨垃圾酸化抑菌及甲烷发酵的影响

餐厨垃圾水分和有机物含量高,在收集储运过程中易酸腐变臭,影响其资源化利用。该文在新鲜餐厨垃圾中分别接种酵母菌和乙酸菌进行乙醇和乙酸预发酵,预发酵后的餐厨垃圾与酒糟混合进行甲烷发酵,并与不接任何菌种的对照组比较,考察2种预发酵方式对餐厨垃圾酸化抑菌及其与酒糟混合甲烷发酵的影响。研究结果表明,乙酸和乙醇预发酵对餐厨垃圾均具有良好的酸化抑菌效果,其大肠杆菌和金黄葡萄球菌数均比对照组降低了2个数量级以上;累积甲烷产量由高到低的顺序是:乙醇预发酵对照乙酸预发酵组,前者累积产甲烷量比对照组和乙酸预发酵组分别提高21.3%和49.8%;乙醇预发酵组乙醇浓度最高,而乙酸和丙酸浓度均最低;相反,乙酸预发酵组挥发性脂肪酸浓度积累导致产甲烷菌活性较低,其产气效率最低。因此,乙醇预发酵是一种既能实现餐厨垃圾酸化抑菌,又能维持发酵系统的稳定性,提高其后续产甲烷效率的有效预发酵方式。