电化学预处理对餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

利用餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸（volatile fatty acids,VFAs）具有广泛的经济和应用价值。本实验考察了在1 V电化学预处理条件下,研究餐厨垃圾占比（空白对照,0%,5%,10%,质量分数）对厌氧发酵生成VFAs产量的影响,从而得出产VFAs的最优条件。研究表明:经过60 min 1 V电化学预处理后,随着餐厨垃圾占比从0%增加到10%,水体中溶解性COD浓度随时间变化迅速增加,最高可达到969~1266 mg/L,随着厌氧发酵的进行转化成VFAs。其中,当餐厨垃圾占比为10%时,VFAs在15 d内最高浓度可达到132.2 mg/L。实验结果表明,电化学预处理可改善餐厨垃圾-污泥特性,加快厌氧发酵过程,同时餐厨垃圾可增加污泥中有机质含量,增加VFAs产量,实现餐厨垃圾-污泥产VFAs的资源化利用途径。     

餐厨垃圾厌氧发酵启动特性与产甲烷效率

通过开展批次餐厨垃圾中温厌氧发酵实验,考察VS接种比、TOC/TN对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动和产气效率的影响。结果表明:VS接种比是干式厌氧发酵处理的重要参数。当VS接种比<1.5,厌氧发酵系统处于酸化状态时,不产生甲烷。随着VS接种比的提高,TOC/TN的增加,餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷效率、TS削减量、TOC削减量显著提高,厌氧发酵周期缩短,但VS的削减量受VS接种比、TOC/TN的影响较小。整个实验过程中,在VS接种比为2.5,TOC/TN为30条件下,餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷效率达到360.62 mL/g(TS)、194.96 mL/g(VS)、99.15 mL/g(TOC),TS削减量、VS削减量、TOC削减量分别达到48.33%、87.47%、59.25%。     

超声波预处理对餐厨垃圾产VFAs的影响

采用超声波预处理餐厨垃圾以提高产挥发性脂肪酸(VFAs)产率.结果表明,在超声强度720W/L下处理15min后,餐厨垃圾SCOD含量比原样中SCOD提高了1倍,其中有机质中碳水化合物溶出量最大,由原样中8.2g/L提高到处理后的43.5g/L;在pH=6、温度35℃条件下,对含固率约为12%的餐厨垃圾进行厌氧发酵,未预处理和超声处理后的餐厨垃圾产生的VFAs最大值分别达到33.4,42.5g/L,经超声预处理的餐厨垃圾产VFAs的量提高了27.2%.     

餐厨垃圾厌氧发酵沼液处理技术的现状与展望

餐厨垃圾经过厌氧发酵产生的沼液是一种高浓度有机废水,兼具污染成分复杂、气味难闻、富含氮磷钾元素、肥效优异等特征。因此需采取合理的处理技术,实现沼液的达标排放或回收利用。餐厨垃圾厌氧发酵沼液的处理有两种方向,第一种是通过预处理+生化处理+深度处理工艺,实现厌氧发酵沼液的达标排放。第二种是通过资源化利用技术对厌氧发酵沼液进行再利用。厌氧发酵沼液的合理处置对餐厨垃圾行业的发展、人民的生活、环境的保护等具有重要意义,餐厨垃圾厌氧发酵沼液的资源化利用将成为更符合未来可持续发展理念的处理方式。     

不同湿热预处理条件对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

采用湿热水解技术处理餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度与时间下餐厨垃圾w(VS)(VS为挥发性固体)、ρ(CODs_Cr)(CODs为溶解性化学需氧量)、ρ(TOC)、ρ(TN)等指标的变化,以评价湿热预处理对餐厨垃圾厌氧产氢效能的影响. 在此基础上,结合厌氧产氢动力学分析,确定厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件. 结果表明:湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量、w(VS)具有显著影响. 餐厨垃圾湿热预处理后ρ(CODs_Cr)、ρ(TOC)、ρ(TN)变化情况与w(VS)呈负相关. 餐厨垃圾经90℃湿热预处理30min后,可浮油脱出量为37.5mL/kg,w(VS)/w(TS)为95.12%,最大比产氢量达242.1mL/g,最大产氢速率为12.46mL/h,累积产氢率达0.88mol/mol,厌氧产氢启动时间为12.85h. 说明对餐厨垃圾进行适度的湿热预处理可有效提高有机物溶解性与生物可利用效率,进而提高厌氧发酵累积产氢量与产氢速率. 综合能耗、产出等因素,湿热预处理温度90℃,处理时长30min,为餐厨垃圾厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件.      

不同来源底物对厌氧发酵产氢余物产甲烷影响

通过批式试验将不同来源的污泥与餐厨垃圾进行联合厌氧发酵,研究不同产氢程度的污泥-餐厨垃圾在不同污泥接种量下的产甲烷能力,以寻求产氢余物产沼的最佳条件及有机质转化规律。结果表明:污泥-餐厨垃圾产氢余物的产氢程度与体系产甲烷能力呈正相关,即产氢多余物>产氢少余物>不产氢底物;接种量增大后,体系产甲烷效能降低且各体系间的差异逐渐缩小。30%接种量下的产氢多余物体系产甲烷能力最佳,平均产甲烷速率为0.54 mL/（g·d）,在第27天甲烷占比达到峰值87.04%,有最大累积产甲烷量1659 mL;主要原因是该体系挥发酸降解量大（17565 mg COD/L）,占TCOD降解量（35384 mg/L）的50%。     

油酸钠对餐厨垃圾两相厌氧发酵中利用乙酸产甲烷过程的影响

为了研究餐厨垃圾油脂中含有的长链脂肪酸(主要是油酸)对两相厌氧发酵中利用乙酸产甲烷过程的影响,采用中温(35±1)℃批式发酵,以浓度为10 g·L~(-1)的餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷相出水为接种液,以乙酸为底物,考察了添加不同浓度油酸钠对累积甲烷产量、产甲烷古菌数量以及发酵过程中乙酸代谢和氢气分压的影响.结果表明:1产甲烷延滞期随油酸钠浓度增加而延长.2油酸钠浓度低于6.0 g·L~(-1)的处理组经过延滞期后乙酸代谢恢复正常,可以完全被转化为甲烷,且部分油酸钠也可被转化为甲烷;油酸钠浓度高于8.0 g·L~(-1)的处理组乙酸代谢受到严重抑制,只有少量甲烷生成;油酸钠生成中间代谢产物,且甲烷转化率为0.3油酸钠对厌氧发酵中产甲烷古菌有严重的抑制作用,产甲烷古菌数量大幅度减少是乙酸代谢过程受到抑制的主要原因.4油酸钠的添加量超过6.0 g·L~(-1)时,在发酵初期会引起产甲烷相中氢分压的升高,也证实了油酸钠对厌氧发酵的抑制作用.     

我国餐厨垃圾厌氧处理技术的现状及发展前景

本文阐述了餐厨垃圾的成分和特征,针对目前国内餐厨垃圾的六种处理方法,对比其优缺点,指出厌氧发酵处理技术相对较好,它实现了餐厨垃圾的资源化处理和沼气化利用。通过分析我国餐厨垃圾厌氧处理的优势和两个典型案例,指出厌氧发酵工艺在处理餐厨垃圾方面具有广阔的发展前景。     

超声辅助氨解预处理对纤维素酶酶解餐厨垃圾的影响研究

为了提高餐厨垃圾酶解产糖能力,从而能得到更多的燃料乙醇,就纤维素预处理对餐厨垃圾酶解产糖能力的影响进行了试验研究,考察了餐厨垃圾氨解、超声预处理对酶解产糖的影响规律。结果表明：在纤维素酶加酶量为12 g/100g实验垃圾样品、pH4.8、酶解糖化温度为42℃～58℃、反应时间为60 min的条件下,餐厨垃圾经过氨水-超声（10%氨水,固液比1∶20,超声30min）预处理的酶解产糖率比没进行预处理的产糖率有较大提高。     

矿物材料预处理对餐厨垃圾高温厌氧消化过程的影响

选用4种矿物材料对400g餐厨垃圾在35℃下进行4h好氧预处理,比较了预处理前后餐厨垃圾水解率的变化,并且详细研究了预处理对餐厨垃圾高温厌氧消化过程及产沼气效果的影响.结果表明:在同等条件下,添加矿物材料可以有效促进餐厨垃圾的水解,其中添加1.25%(质量分数,以餐厨垃圾湿基计)膨润土和添加2.5%轻烧MgO的处理水解率分别达到了96.79%和96.51%.轻烧MgO有效地缓解了餐厨垃圾由于酸化引起的pH值下降,使产气高峰期较早来到;而在总产气量上添加白云石粉的促进作用显著.膨润土次之,其中添加2.5%白云石粉的总产气量最高,为10925mL.添加矿物材料降低了消化液中钠离子的浓度,可减轻对产甲烷细菌的抑制作用.     

微生物群落对氨胁迫响应的宏基因组学研究

为探析厌氧消化微生物群落对氨胁迫的响应,在串联批次实验中引入氨氮(TAN)胁迫,结合宏基因组学分析,研究了不同TAN浓度下,厌氧消化系统的过程参数、群落结构/组成及其功能基因/代谢途径的响应.结果显示,TAN为3000mg/L时,系统性能逐步优化;TAN为6000mg/L时,甲烷产率逐步下降,并伴随着丙酸、丁酸积累.从...     

氨氮对餐厨垃圾厌氧消化性能及微生物群落的影响

为探析氨氮（TAN）对餐厨垃圾厌氧消化性能及微生物群落的影响,在串联批次实验中引入氨氮胁迫,结合Miseq高通量测序分析,研究了不同TAN浓度下厌氧消化系统的过程参数响应以及微生物群落动态.结果显示,随TAN增加,甲烷回收率从（96.53±2.66）%下降至（63.13±0.73）%,消化时间从435h延长至915h,连续驯化下,TAN为3000mg/L的实验组产气性能完全恢复,而高氨氮实验组（TAN³6000mg/L）仍处于抑制状态.相较于乙酸代谢而言,长链挥发性脂肪酸（LCVFAs）代谢对TAN的耐受度更高（6000mg/L）,但一旦被抑制,其功能难以通过驯化恢复.从微生物层面上看,高丰度且功能冗余的水解酸化细菌保证了各TAN梯度下的水解酸化作用;氨氮敏感的Methanosaeta和Methanospirillum也能通过驯化被耐氨的Methanosarcina和Methanoculleus取代,从而维持系统产甲烷功能;相比之下,产氢产乙酸菌功能高度专一,仅C₄~C₁₈降解菌Syntrophomonas和丙酸降解菌Pelotomaculum被检测到,在连续的高氨氮暴露下,前者的丰度虽有一定程度的恢复,但后者未能被驯化,最终系统出现以丙酸为主的LCVFAs积累,产气性能恶化.可见, LCVFAs的互营降解才是氨抑制失稳的关键环节.     

热水解时间对污泥厌氧消化系统微生物群落结构影响分析

为评估热水解时间对北京市大兴区某污水处理厂污泥厌氧消化系统微生物群落结构的影响,利用Illumina MiSeq高通量测序方法,分析了不同热水解时间（15、30和45 min）对初沉污泥和剩余活性污泥厌氧消化系统中微生物群落结构及其多样性的影响因素.结果表明,消化污泥优势类群主要分布在厚壁菌门（Firmicutes）、阴沟单胞菌门（Cloacimonadota）、绿弯菌门（Chloroflexi）和同力菌门（Synergistota）,相对丰度之和超过60%,相对丰度最高菌属为W5,占比为20.8%~54.5%,表现为少数优势物种的高丰度特征.热水解污泥厌氧消化过程中,高挥发性脂肪酸和氨氮浓度导致嗜乙酸产甲烷菌相对丰度减少,嗜氢产甲烷途径多于嗜乙酸产甲烷途径.环境因子关联分析结果显示,消化进泥可溶蛋白质、消化进泥pH值、消化出泥氨氮和热水解时间是影响微生物群落结构的4个主要环境因子,其中消化出泥氨氮对产甲烷菌属的影响最大,呈负相关关系.热水解时间与Chao指数和Shannon指数均呈负相关,较长热水解时间不利于提高厌氧消化过程微生物菌群丰富度和多样性.     

乙酸驯化对厌氧污泥微生物群落结构及发酵特性的影响

采用乙酸对厌氧污泥进行逐步驯化,以富集乙酸营养型产甲烷菌群,解决厌氧发酵过程中的酸抑制问题.对驯化前后污泥中的微生物群落结构及其在高酸浓度和低p H值条件下的发酵特性进行了研究.结果表明:驯化后污泥中乙酸营养型产甲烷菌中的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)得到了明显富集,其相对丰度由原始的4.2%提高到58.1%,成为耐酸污泥中的主导优势古菌群;氢营养型产甲烷菌属的丰度则都有不同程度的下降.污泥中产甲烷菌群由氢营养型为主导转为乙酸营养型和氢营养型共同主导.驯化前后污泥中细菌的优势菌门均为主要降解纤维素和半纤维素的厚壁菌门(Firmicutes)和降解蛋白质的拟杆菌门(Bacteroidetes),其中驯化后Firmicutes的丰度由48.8%提高到61.7%,而Bacteroidetes的丰度则由30.1%降低至16.9%.驯化后的污泥对高VFA浓度和低pH值的耐受性均有较大程度的提高,其在VFA浓度为7500 mg·L~(-1)及pH 6.0条件下仍可以快速产气.     

厨余垃圾厌氧发酵失稳调控及微生物群落分析

针对厨余垃圾厌氧发酵过程中容易积累丙酸和丁酸导致反应体系酸化失稳的问题,驯化了富集耐丙酸和耐丁酸厌氧发酵菌群的接种菌泥,探究利用其对厨余垃圾干式厌氧发酵酸化失稳体系进行调控后对甲烷产量和微生物群落的影响.酸化失稳厌氧体系中添加耐丙酸菌泥调控后,与空白对照组相比反应体系中丙酸浓度削减6900.81mg/L,累积甲烷产量提...     

PCR-DGGE研究青海农村户用沼气池微生物群落结构

采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析技术,对青海农村户用沼气池内细菌及古菌群落结构进行分析.结果表明,沼气池含有丰富的细菌及古菌类群,且泥样间的细菌和古菌的群落结构存在差异.4个户用沼气池发酵系统中,细菌分属于5个门,优势类群为拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria).在属分类水平上,属于24个类群,最优势类群为理研菌科佩特里单胞菌属(Petrimonas)、假单胞菌属(Pseudomona)、泰氏菌属(Tissierella)和梭菌属(Clostridium).同时,沼气池发酵系统中古菌主要包括热丝菌属(Thermofilum)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)、甲烷囊菌属(Methanoculleus)、产甲烷菌属(Methanogenium),其中,Methanobrevibacter和Methanogenium是沼气池内最优势的产甲烷菌.说明沼气池的产甲烷途径主要是氢营养代谢类型,水解、酸化过程主要由来自动物消化系统内的细菌完成.     

厌氧消化过程稳定性与微生物群落的相关性

为探析厌氧消化过程稳定性与微生物群落的相关性,在餐厨垃圾厌氧消化反应器中引入负荷扰动以诱导不同的运行状态,理化分析和高通量测序相结合用于研究各个状态下的状态参数响应及微生物群落动态.结果表明,均衡的群落结构保证了反应器的稳定运行,稳定状态下反应器的甲烷产率和挥发性固体（VS）去除率分别高达（0.50±0.01）LCH₄/gVS和（89.58±0.08）%.高负荷下产酸细菌（柔膜菌门、放线菌门）大量增殖,诱导互养脂肪酸降解菌（梭菌纲）的相对丰度剧增,然而与之互营的氢型产甲烷菌的丰度和活性却下降了.产甲烷菌与互养脂肪酸降解菌的失衡导致它们不能有效的互养合作,从而引起挥发性脂肪酸（VFA）积累和过程失稳.积累的VFA和氨使比乙酸产甲烷活性（SAMA）和比产甲烷活性（SMA）分别下降60.12%和72.51%,进一步加剧了过程失稳.扰动停止后,尽管反应器恢复了原有运行条件和性能,但微生物群落达到了新的平衡.     

Effect of a high strength chemical industry wastewater on microbial community dynamics and mesophilic methane generation

A high strength chemical industry wastewater was assessed for its impact on anaerobic microbial com- munity dynamics and consequently mesophilic methane generation. Cumulative methane production was 251 mL/g total chemical oxygen demand removed at standard temperature and pressure at the end of 30 days experimental period with a highest recorded methane percentage of 80.6% of total biogas volume. Volatile fatty acids （VFAs） analysis revealed that acetic acid was the major intermediate VFAs produced with propionic acid accumulating over the experimental period. Quantitative analysis of microbial communities in the test and control groups with quantitative real time polymerase chain reaction highlighted that in the test group, Eubacteria （96.3%） was dominant in comparison with methanogens （3.7%）. The latter were dominated by Methanomicrobiales and Methanobacteriales while in test groups increased over the experimental period, reaching a maximum on day 30. Denaturing gradient gel electrophoresis profile was performed, targeting the 16S rRNA gene of Eubacteria and Archaea, with the DNA samples extracted at 3 different time points from the test groups. A phylogenetic tree was constructed for the sequences using the neighborhood joining method. The analysis revealed that the presence of organisms resembling Syntrophomonadaceae could have contributed to increased production of acetic and propionic acid intermediates while decrease of organisms resembling Pelotomaculum sp. could have most likely contributed to accumulation of propionic acid. This study suggested that the degradation of organic components within the high strength industrial wastewater is closely linked with the activity of certain niche microbial communities within eubacteria and methanogens.     

湿地甲烷代谢微生物产甲烷菌和甲烷氧化菌的研究进展

湿地作为一种独特的生态系统,是大气中重要温室气体甲烷（CH₄）的"源",湿地CH₄的排放是CH₄的产生、传输和氧化三个过程的最终结果,其排放量与产甲烷菌（methanogens）和甲烷氧化菌（methanotrophs）的活动密切相关。本文对湿地甲烷代谢重要微生物产甲烷菌和甲烷氧化菌的分类、特点、代谢途径、分子生态学研究现状及影响湿地产甲烷菌和甲烷氧化菌的重要环境因子等方面进行了综述,旨在促进我国湿地产甲烷及甲烷氧化菌群的领域更加系统和深入的研究,为有效调控湿地CH₄代谢,减少CH₄排放通量提供参考。     

城市污水管网中产甲烷菌的分布特性规律

实验通过一套1 200 m的PVC管式反应器来模拟城市污水管网,利用气相色谱法、液相色谱法和454高通量测序等手段,研究了城市污水管网中产甲烷过程中的物质变化和产甲烷菌分布特性规律.结果表明,管网中甲烷含量沿程升高,说明管网中存在产甲烷菌;产甲烷菌主要包含甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、广古菌门中的菌属(Euryarchaeota_unclassified)和甲烷杆菌科中的菌属(Methanobacteriaceae_unclassified)这3种优势菌属,且在管网800~1 000 m处有广古菌门中的菌属(Euryarchaeota_unclassified)取代甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)成为第一优势菌属的演替现象;管网中产甲烷可利用基质有甲酸、甲醇、甲胺、乙酸,其中乙酸为主要基质,这些基质在管网中先增加后降低的变化趋势导致了管网中产甲烷菌演替现象的发生.