菌源处理方式对发酵产氢微生物菌群及产氢性能的影响

菌源预处理方式是影响和制约发酵生物制氢效率的关键因素之一。本文以牛粪堆肥为产氢菌源,在20 L连续流搅拌槽式反应器(CSTR)反应器中,考察了红外烘干、浸泡、红外烘干结合曝气、红外烘干结合加糖曝气四种菌源预处理方式对发酵产氢微生物菌落及产氢性能的影响。结果表明,在T为36±1℃、pH为5.0±0.1、C：N：P=500：5：1、底物浓度为10 g/L、HRT为11 h的条件下,牛粪堆肥经红外烘干处理4 h后进一步加糖曝气3天,获得最大产气速率和最大氢浓度分别为0.5089 L H₂·L·h) ^-1和55.5%。通过PCR-DGGE指纹图谱分析对不同菌源预处理条件下发酵产氢系统中微生物群落结构的变化信息进行了比较分析。产氢验证实验表明：在最佳产氢条件下,以红外烘干结合加糖曝气预处理的牛粪堆肥为产氢菌源,以蔗糖为底物,得到的最大氢产量、氢浓度、产氢速率分别为：387.6 ml H2/g-sucrose、55.5%和0.5089 L H₂·L·h) ^-1.液相末端发酵产物中丁酸和乙酸占VFAs总量的75%以上。     

利用动力学模型探讨底物浓度对发酵制氢的影响

运用间歇实验方法,以蔗糖为底物,在浓度为0~200 g/L时,研究了底物浓度对预处理牛粪堆肥发酵发酵产氢的影响,并对产氢动力学进行了分析。     

生物发酵制氢菌种富集优化与产氢的关联研究

本实验在不同溶液介质中用加热、曝气及二者联合并用的方法处理牛粪,富集厌氧发酵产氢菌。以4.4 g蔗糖为底物,用不同方法富集的产氢菌进行厌氧发酵制氢,考察不同方法处理过的菌源的累积产氢量。结果表明在0.25%NaOH溶液中加热处理牛粪的效果最好,再与曝气联合富集优化,能进一步提高产氢量,累积产氢量为1345.5 mL,是直接曝气富集菌源产氢量的2.0倍,直接在水溶液加热处理过的1.8倍。而且经过碱加热处理过的菌源,最佳曝气时间缩短至30 min,为直接曝气时间的1/4,最佳发酵初始pH值为6.0~7.0。     

玉米秸秆发酵制氢影响因素及变化规律研究

在批式和小试实验的基础上,以牛粪堆肥作为菌种来源,以玉米秸秆作为发酵底物,进行了5L和30L规模的产氢对比实验,对玉米秸秆厌氧发酵制氢的影响因素及变化规律进行了研究。结果表明,前期小试实验条件在放大试验产氢过程中能够取得很好的产氢效果,影响因素的变化也有类似的规律性。其中主要影响因素为温度、pH、底物浓度、底物停留时间、搅拌转速以及溶液中的微量营养元素-重金属离子等,最适宜的温度为37℃,最佳pH为5.0～5.2。     

玉米秸秆厌氧发酵制氢的实验研究

在小试和批试实验结果的基础上,以牛粪堆肥作为菌种来源,玉米秸秆作为发酵底物,进行了30 L规模的放大实验研究。主要考察了菌种接种龄对产氢效果的影响、最佳初始有机负荷、反应过程中菌种的生长曲线及底物的代谢特征,并有液相末端发酵产物确定发酵类型。结果表明：在实验条件下,菌种的最佳接种龄为18 h,最佳初始启动负荷为8 105 mg/L,秸秆的最大产氢能力可达到220 mL/g,COD的去除率可达到57%,稳定期细胞浓度维持在3.8 g/L左右,发酵类型为乙醇型发酵。     

玉米秸秆暗发酵产氢研究

为了提高秸秆与牛粪混合发酵的产氢量,以牛粪堆肥为混合菌种来源,未经处理的玉米秸秆为唯一底物,采用单因素优化法,对玉米秸秆发酵产氢过程中的一些关键参数进行优化,考察的关键参数有NH4HCO3质量浓度、K2HPO4质量浓度、营养质量液浓度、秸秆质量浓度和发酵初始pH等。结果表明,在37±1℃、转速150r/min的条件下,当控制NH4HCO3质量浓度为1 g/L、K2HPO4质量浓度为1 g/L、营养液质量浓度6 mL/L、秸秆质量浓度15 g/L和发酵初始pH=6时,达到最大产氢量为79.8 mL/g、最高产氢速率为9.4 mL/(g·h)。     

玉米秸秆生物产氢菌的分离培养及鉴定研究

以牛粪为菌种来源,利用玉米秸秆进行厌氧发酵产氢实验,在产氢效果达160 mL/h,秸秆产氢能力225 mL/g的最佳状态下,从实验中提取发酵菌液进行细菌的分离培养,并对产氢效果最好的R-3菌种进行生理生化试验研究和初步鉴定,确定产氢细菌为Clostridium sp.Fanp2.     

强化植物秸秆糖化技术与糖化液的生物制氢的实验研究

利用植物秸秆糖化技术产氧,通过引入生物制氢系统,为产氢微生物寻找到合适的底物.采用植物秸秆精化技术,根据不同温度、不同时间条件下酸的降解效果,用糖量计测得相对应的糖含量.实验表明,用乙酸降解植物秸秆,其最佳降解温度为40℃;用盐酸降解植物秸秆,其最佳降解温度为20℃;用乙酸和盐酸降解植物秸秆的最佳降解时间均为1 h;用乙酸等弱酸降解所得到的糖化液比用盐酸等强酸降解所得到的糖化液的产氢量要少.     

预处理方法对玉米秸秆发酵产氢的影响及其机理分析

研究了不同预处理方法对玉米秸秆发酵产氢气的影响和秸秆降解产氢的机理。实验分别采用酸解(AP)、酸解耦合固态酶解(AEP)、高温蒸煮(HP)和高温蒸煮耦合固态酶解(HEP)的玉米秸秆进行发酵产氢,分析预处理后秸秆累积产氢量与可溶性糖含量的关系。在此基础上,通过秸秆化学组成成分分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X-射线衍射分析,探讨了秸秆降解的机理。结果表明,秸秆的累积产氢量与可溶性糖含量基本正相关,秸秆糖化效率是影响秸秆累积产氢量的主要因素。四种预处理方法主要作用于秸秆半纤维素和纤维素的无定型区,预处理过程皆在不同程度上提高了秸秆的结晶度,并在极大程度上提高了玉米秸秆的累积产氢量。其中AEP方法预处理秸秆效果最好,累积产氢量达到了226.1 m L·(g·TS)-1。     

氨化预处理对水稻秸秆厌氧消化产气特性的影响

为了探索水稻秸秆厌氧消化产沼气的特性,本文通过使用不同质量浓度的尿素对水稻秸秆进行氨化预处理并测其产气量,来探究和发现氨化预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响规律。采用不同质量浓度的尿素对水稻秸秆进行氨化预处理,并进一步进行了厌氧消化试验。实验条件为:中温即(35±1)℃温度、水稻秸秆和牛粪的配比条件为1∶1。结果表明,不同百分比的尿素预处理不同程度地对水稻秸秆的组分造成了破坏,使秸秆厌氧消化产沼气潜力得到提高,并且相对缩短了厌氧消化时间。比较总固体与挥发性固体的转化率、甲烷含量、产气量等各项因素,可看出以6%尿素预处理试验组的效果最好;与其他实验组相比,TS和VS的转化率分别提高了54.9%和36.1%,累积产气量最高。综上所述,6%尿素预处理是较优的工艺条件。     

牛粪中高温纤维素降解菌的性能研究

对从牛粪中分离出来的高温单孢菌(Thermomonospora sp.)SQ3菌株的生物学特征进行了研究,包括菌种生化鉴定培养和产纤维素酶及其培养条件等的研究。降解纤维素结果显示SQ3在纤维素刚果红培养基上4天可见明显的分解纤维素透明圈。产酶条件研究显示:SQ3在发酵时间5天,发酵温度55℃,pH7.0～8.0,尿素氮源,玉米秸秆碳源的条件下产CMC酶性能最佳,在发酵8天时,产FPA酶达到最高峰值。     

磷酸预处理对芦苇秸秆与牛粪混合厌氧发酵的影响

为研究酸预处理对芦苇秸秆-牛粪混合厌氧发酵的影响,采用6%磷酸对芦苇秸秆进行预处理,并与牛粪混合进行厌氧发酵制沼气实验,同时对酸预处理组和对照组在厌氧发酵过程中产气量、p H、COD以及发酵前后混合原料木质纤维素变化情况进行分析。结果表明,酸预处理提高混合原料发酵的产气量,其总产气量为97.24 m L/g,比对照组的产气量13.69 m L/g高出610.3%;酸预处理组p H更接近中性,表明该系统具有更好的抵御酸化能力和稳定性;酸预处理提高了发酵体系COD的含量,促进发酵原料的降解。研究表明,芦苇秸秆可以作为发酵原料进行再利用,且磷酸预处理可以提高发酵系统缓冲能力和原料利用效率。     

好氧生物预处理时间对玉米秸秆水解酸化的影响

以玉米秸秆为原料,先经复合菌系进行好氧生物预处理,然后接种厌氧污泥进行厌氧发酵,考察了预处理时间对厌氧发酵的影响,并测定木质纤维素结构及含量变化、关键性酶活、微生物多样性和厌氧发酵酸化产量。研究结果表明：随着预处理时间的延长,玉米秸秆的结构逐渐被破坏,木质素过氧化物酶活性逐渐降低,木聚糖酶和纤维素酶活性逐渐升高,最高分别达0.879和0.025 7 U/mg。放线菌、芽孢杆菌和曲霉菌是秸秆好氧生物预处理中的优势菌群。玉米秸秆经好氧生物预处理2 d,厌氧发酵产酸效果最佳,乙醇和挥发性脂肪酸产量为249.3 mg/g,比未处理提高了46.73%;玉米秸秆经好氧生物预处理5 d,乙醇和挥发性脂肪酸产量为138.2 mg/g,比未处理降低了18.66%。过长的玉米秸秆好氧预处理时间会使玉米秸秆中半纤维素、纤维素过度降解,这是造成玉米秸秆厌氧发酵产酸量下降的主要原因。以能源化、资源化为目的的玉米秸秆厌氧发酵预处理时,利用复合菌系好氧生物处理作为其预处理方法,应严格控制预处理时间,避免因为纤维素、半纤维素过度降解导致的产品产率下降问题。     

秸秆与猪粪混合高固厌氧消化产气性能及关键微生物分析

高固厌氧消化（HS-AD）是处理木质纤维素类原料和其他高固含率有机原料的有效方式之一。本文以节能高效为出发点，研究秸秆和猪粪为混合原料，两者不同配比（秸秆/猪粪的质量比2∶1、1∶1和1∶2）条件下，反应器的运行情况及关键微生物变化情况。结果表明：原料的配比对高固厌氧消化的产气量有明显影响。相比于其他两组实验，秸秆和猪粪的配比为2∶1时，累计产气量最大为229.66L，最终甲烷含量稳定在60.7%左右，转化为单位VS产甲烷量为131.8mL/g VS。同时，反应过程中液相性质（pH、VFA、TIC）的变化，也说明秸秆和猪粪配比为2∶1时，运行平稳且产气较好。另外，微生物分析结果显示，秸秆和猪粪配比为2∶1的实验组，在实验启动的前期，甲烷八叠球菌（Methanosarcinaceae）的相对丰度较高，并且细菌和古菌群落的丰富度和多样性都优于其他两组。     

利用有效微生物菌剂进行牛粪处理的研究

利用牛粪为原料进行自然通风堆肥试验,引入有效微生物菌剂,研究有效微生物菌剂对堆肥的影响。实验结果表明,加入菌种的样品腐熟明显快于空白样,并能提前高温期的到来,加速堆肥中有机物的分解,从而加速堆肥过程。     

原核微生物菌群的空间分异增强秸秆-猪粪混合发酵效率

秸秆与禽畜粪便混合发酵既可增强反应器稳定性又能提高发酵产气效率。然而关于秸秆附着菌群、发酵液菌群的时空动态变化,以及它们与产气效率、环境变量的关系仍然未被全部揭示。采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术,对这一问题进行了研究。结果显示,秸秆猪粪混合发酵能够改善沼气发酵的效率。原核微生物群落在空间上的差异分布可能有助于提升系统的效率。在产气高效的系统中,秸秆吸附菌群如Treponema、ClostridiumⅢ、Alkaliflexus和Fibrobacter是主要的纤维素降解菌,提供底物给产酸菌。丙酸是发酵液中含量最丰富的挥发性脂肪酸(VFAs),Pelotomaculum可能是该系统主要的丙酸氧化菌,它们与Methanoculleus、Methanosarcina和Methanosaeta协同作用通过二氧化碳/氢营养型和乙酸营养型产甲烷途径,将包括丙酸在内的VFAs最终转化成甲烷。参与氨基酸代谢的Aminobacterium和Cloacibacillus广泛分布于发酵液中,表明蛋白质是一种重要的发酵底物,说明VFAs尤其是丙酸和氨基酸的互营代谢可能是秸秆猪粪混合发酵系统的重要过程。这些结果表明,功能菌群的空间分化、稳定的秸秆降解菌群和发酵液菌群的弹性变化有助于维持秸秆猪粪混合发酵系统的稳定性和提高发酵效率。     

秸秆厌氧发酵制氢产气量提高

郑州大学的研究人员采用经预处理的谷物秸秆生物质，通过利用较少的大熊猫粪便作为产氢细菌源，经混合培养，可提高氢气生产量。     

原核微生物菌群的空间分异增强秸秆-猪粪混合发酵效率

秸秆与禽畜粪便混合发酵既可增强反应器稳定性又能提高发酵产气效率。然而关于秸秆附着菌群、发酵液菌群的时空动态变化,以及它们与产气效率、环境变量的关系仍然未被全部揭示。采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术,对这一问题进行了研究。结果显示,秸秆猪粪混合发酵能够改善沼气发酵的效率。原核微生物群落在空间上的差异分布可能有助于提升系统的效率。在产气高效的系统中,秸秆吸附菌群如Treponema、Clostridium Ⅲ、Alkaliflexus 和 Fibrobacter是主要的纤维素降解菌,提供底物给产酸菌。丙酸是发酵液中含量最丰富的挥发性脂肪酸（VFAs）,Pelotomaculum可能是该系统主要的丙酸氧化菌,它们与Methanoculleus、Methanosarcina和Methanosaeta协同作用通过二氧化碳/氢营养型和乙酸营养型产甲烷途径,将包括丙酸在内的VFAs最终转化成甲烷。参与氨基酸代谢的Aminobacterium和Cloacibacillus广泛分布于发酵液中,表明蛋白质是一种重要的发酵底物,说明VFAs尤其是丙酸和氨基酸的互营代谢可能是秸秆猪粪混合发酵系统的重要过程。这些结果表明,功能菌群的空间分化、稳定的秸秆降解菌群和发酵液菌群的弹性变化有助于维持秸秆猪粪混合发酵系统的稳定性和提高发酵效率。     

激光诱变选育耐酸产氢菌产气肠杆菌

运用He-Ne激光辐照产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes),对激光诱变参数进行优化,考察了突变株的遗传稳定性、耐酸性和产氢特性。结果筛选到一株遗传性状稳定的高产氢突变株,具有良好的耐酸性,在pH值3.0时仍能生长。通过间歇实验,产氢量和产氢速率分别达到1781 mL/L和240 mL/(L•h),比原始菌分别提高了48%和32%。说明该He-Ne激光诱变育种技术可以在产氢微生物领域中应用。     

不同酸预处理对水稻秸秆厌氧消化产沼气的影响

为了探索不同酸预处理对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响,本试验采用不同质量百分数的H3PO4和HCl溶液对秸秆进行预处理,在中温(35±1)℃、水稻秸秆和牛粪按1∶1配比的条件下进行了厌氧消化试验。结果表明,经过这两种不同质量百分数的酸预处理后,水稻秸秆的木质纤维结构破坏较明显,均能有效缩短发酵启动时间,并不同程度提高水稻秸秆厌氧发酵产沼气的能力。其中以6%H3PO4预处理试验组的效果最好,总产气量可达16474 mL,日均产气量为549.13 mL/d,TS和VS去除率相较于其余预处理组也较优,分别为48.7%和35.4%。综合以上各种因素,可以得出6%H3PO4预处理是较优的厌氧消化工艺条件。