餐厨垃圾厌氧消化过酸化系统微生态特征的宏基因组学分析

过酸化失稳是困扰有机废物厌氧消化（AD）过程高效稳定运行的一大难题.为探析不同诱导方式造成过酸化的AD系统微生态特征差异,在餐厨垃圾中温AD反应器中分别引入负荷扰动（R2）、温度及搅拌扰动（R3）以诱发系统过酸化,利用宏基因组学测序技术,对比考察稳定与酸化系统微生物群落结构及主要产甲烷功能路径差异.结果表明,两种方式均成功诱发系统过酸化失稳,过酸化系统中挥发性脂肪酸（VFA）过量富集（R2、R3系统中分别高达（12.53±1.96） g·L^-1和（8.00±0.81） g·L^-1）的同时,丙酸等多碳VFA组分比例大幅升高.R2、R3系统酸化后其产甲烷菌及相关酶受到高浓度VFA的显著抑制,酸积累程度更高的R2受抑制更为明显.且经相关性分析发现,多碳酸尤其是丙酸是抑制产甲烷作用的关键因素.与R2相比,R3具有更高的耗氢能力,耗氢微生物如可耗H₂产酸的Treponema属和氢营养型产甲烷菌Methanoculleus属、Methanospirillum属等相对丰度显著高于R2.酸化系统均以乙酸营养型产甲烷为主要的产甲烷途径,并以Methanosaeta属为主要的乙酸型产甲烷菌.酸化系统中更高含量的乙酸产甲烷途径的AK-PTA酶有利于促进对乙酸的利用,增强厌氧消化微生物菌群对高浓度乙酸的耐受 能力.本研究中的相关结果可为提高有机废物AD微生态抗酸化能力提供理论依据和数据支撑.     

强化两相污泥高固厌氧消化系统的微生物群落

污泥高固厌氧消化具有反应器体积小、能耗低、沼渣少等优点,但其相关机制尤其是微生物机制研究还非常有限.利用16S rRNA克隆文库技术,本研究考察了一个中试污泥高固厌氧消化系统稳定运行期的微生物群落.该中试系统采用"超高温酸化(70℃)-高温甲烷化(55℃)"的强化两相厌氧消化工艺,处理剩余活性污泥的含固率约为9%.在总的固体停留时间仅15.5 d(酸化3 d+甲烷化12.5 d)时,系统挥发性固体(volatile solid,VS)去除率为35.7%,甲烷产率(以CH4/VS去除计)为0.648 m~3·kg~(-1).两相的细菌组成差异较大:在超高温酸化相存在大量降解蛋白质/氨基酸的细菌;在高温产甲烷相则主要是降解纤维素等多糖和一些简单糖类的细菌以及长链脂肪酸降解细菌;两相中都存在降解简单糖类的细菌.两相的古菌绝大部分都属于Methanothermobacter,特别是高温产甲烷相检出的古菌100%都属于Methanothermobacter,由于仅在产甲烷相检测到沼气,这表明系统中的甲烷化过程主要通过氢营养途径进行.     

UASB反应器中产甲烷菌对温度胁迫的响应

采用间歇培养方式探讨了升流式厌氧污泥床(UASB)反应器中不同营养类型产甲烷菌对温度胁迫的响应规律.研究结果表明,产甲烷螺旋菌(Methanospirillum)是该反应器的主要氢营养型产甲烷菌,而主要乙酸营养型产甲烷菌为产甲烷丝状菌(Methanosaeta).在35℃条件下,氢营养型和乙酸营养型产甲烷菌的累计甲烷产量分别为24.7,11.7mL,而最大产甲烷速率分别为0.74,0.18mL/h.当温度从35℃分别降低至30,25,20,15℃时,导致氢营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了14.2%,34.0%,47.0%,57.5%,而乙酸营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了5.1%,23.9%,45.3%,95.7%.由此可见,在20~30℃时氢营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感,而在15℃以下时乙酸营养营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感.     

不同底物条件下金属离子螯合剂对厌氧消化的影响

借助气相色谱分析,研究了金属离子螯合剂在不同有机酸存在时对厌氧消化的影响.结果表明,螯合剂A的添加可以有 效提高不同有机酸的甲烷产量和产甲烷速率,促进有机酸向甲烷的转化. 当螯合剂A的添加量为10μmoI/L时,丁酸、丙酸和乙酸的甲烷产量分别增加了19.8%、133.0%和45.2%.产甲烷的延滞期也明显缩短,最高产甲烷速率提高了4倍多.丁酸厌氧氧消化的4～8d间,丁酸降解率达56%,同时,气相色谱未检测到乙酸的累积,说明丁酸转化为乙酸后,乙酸很快被产甲烷菌利用.螯合剂A对有机酸产甲烷的促进作用可从酶学上得到支持,以乙酸为例,添加10μmoI/L螯合剂A时,污泥(vss)中辅酶F₄₂₀含量由空白实验的1.20μmoI/g提高到1.52μmoI/g.     

腐殖酸和产甲烷抑制剂对厌氧污泥发酵产氢效能的影响

为提高厌氧污泥的发酵产氢能力,采用间歇培养方式考察了不同产甲烷抑制剂与腐殖酸联合作用对厌氧污泥发酵葡萄糖产氢效能的影响,并通过Illumina MiSeq测序揭示了微生物群落结构的变化规律.结果表明,在葡萄糖初始浓度为500 mg·L^-1条件下,经过120 h的连续培养后,对照的累计产氢量为1.2 mL,存在明显的耗氢现象.当加入0.02%氯仿（V/V）、0.04%氯仿（V/V）或2-溴乙酸磺酸钠（10 mmol·L^-1）后,耗氢现象得到有效控制,它们的累计产氢量分别为15.7、13.2和9.4 mL.当向发酵系统同时加入产甲烷抑制剂和腐殖酸后,可以显著提高厌氧污泥的产氢效能.其中,0.02%氯仿和腐殖酸联合作用的促进效果最佳,其累计产氢量和最大产氢速率（R_max）分别达到了17.4 mL和0.24 mL·L^-1.相反,当替硝唑作为产甲烷抑制剂时,仍然存在耗氢现象.Illumina MiSeq测序结果表明,发酵系统中优势菌群的相对丰度存在显著差异.在对照系统中,Ottowia、Ignavibacterium、Nitrospira、Saccharibacteria_genera_incertae_sedis和Terrimona为优势菌群,其相对丰度为2.2%~4.2%.当0.02%氯仿和腐殖酸加入发酵系统后,Ottowia和Saccharibacteria_genera_incertae_sedis的相对丰度较对照分别增加了11.9%和31.8%,而Nitrospira的含量显著减少.     

投加颗粒活性炭和二氧化锰对剩余污泥厌氧消化的影响

厌氧系统添加碳和金属纳米材料是强化厌氧消化的有效策略.为考察投加GAC和MnO₂对剩余污泥厌氧消化过程的影响,设置了空白组（R0）、GAC组（R1）、MnO₂组（R2）以及GAC/MnO₂组（R3）4组间歇实验,研究GAC和MnO₂的投加对剩余污泥厌氧消化效率、微生物活性和微生物群落结构的影响.结果表明,反应器运行28 d后,与R0相比,R1和R3的产CH₄速率分别提高了68.18%和51.35%,R2的产CH₄量降低了21.25%.GAC和MnO₂的单独或者混合投加,对厌氧发酵过程均有促进作用.Mn²⁺与剩余污泥释放的磷酸盐生成磷酸盐沉淀对厌氧代谢通道的阻塞作用,造成R2产CH₄效率变低.GAC优良导电性、吸附能力和MnO₂/Mn²⁺的催化作用是R3产CH₄效率增强的主要原因.正常代谢条件下,投加GAC、MnO₂和GAC/MnO₂均可以提高污泥厌氧消化系统微生物活性.微生物群落分析表明,GAC和MnO₂促进了产甲烷菌Methanobacterium和Methanosaeta的富集,强化了发酵细菌和产甲烷菌的种间电子传递,促进了剩余污泥厌氧发酵过程和CH₄的产生.     

甲烷13C同位素比值表征温度对甲烷生成途径的影响

采用测试气相碳同位素比值的方法比较了中温厌氧降解和高温厌氧降解过程中甲烷（CH₄）生成途径的差异,表征了生活垃圾厌氧消化过程CH₄生成途径的演变,并结合气液相化学组分和产甲烷菌荧光原位杂交（FISH）分析对同位素表征结果进行了验证.中温（35℃）条件下,垃圾降解初期甲烷¹³C同位素比值（δ¹³CH₄）下降至-69.5‰,表明此阶段CH₄主要产生自CO₂还原途径;随着垃圾降解进入快速产CH₄阶段,δ¹³CH₄值相应迅速上升至-23.8‰,说明乙酸发酵逐渐成为CH₄生成的主要途径,FISH实验结果也发现此阶段以乙酸发酵型产甲烷菌Methanosarcinaceae为主;当产CH₄速率逐渐减小进入稳定期时,δ¹³CH₄值迅速降低至-55‰后相对稳定,说明乙酸发酵途径的比例减小,并且维持在较稳定的水平.高温（55℃）条件下,δ¹³CH₄值始终维持在约-70‰,表明甲烷主要由CO₂还原作用生成,在快速产CH₄阶段,乙酸氧化和CO₂还原作用是CH₄生成的重要途径.     

有机负荷和温度波动对厌氧菌群及酶活影响

基于太阳能辅热厌氧消化反应器进行餐厨垃圾半连续发酵试验,探究了温度波动和有机负荷调控（OLR=2.0、4.0、6.0、7.0 kg·m^-3·d^-1）对甲烷产量、酶活性变化和微生物群落结构的影响.结果表明,反应器可以在OLR为2.0 kg·m^-3·d^-1下稳定运行并在6.0 kg·m^-3·d^-1时实现最佳甲烷生产效率,虽然太阳能组比电能组减少了4倍能耗,但热辐射不稳定导致太阳能组发酵温度波动,甲烷平均产量比电能组减少21%.此外,蛋白酶在温度波动环境下表现出较高活性,但脂肪酶和淀粉酶活性却受到抑制.高通测序结果表明,低OLR阶段乙酸型产甲烷菌Methanosaeta活性较强,随着OLR递增氢营养型产甲烷菌Methanoregula和Methanospirillum相对丰度逐渐提高,而试验全过程中水解细菌Firmicutes相对丰度维持在62%~95%,占据主导地位.     

基于CSTR反应器鸡粪秸秆共消化产甲烷特性及菌群变化研究

基于实际工程通过控制有机负荷对不同配比鸡粪和玉米秸秆 （VS比分别为1：0、5：2、1：1）进行联合厌氧消化,分析了不同VS比变化对水解酶活性及微生物动态群落变化的影响,并确定了鸡粪秸秆联合厌氧消化的最优配比.结果表明,当VS比为1：1时,碳氮比 （C/N）为17,此时甲烷日产量峰值为31.46 L,累计产甲烷量为940.96 L,产甲烷效果最好,为最优配比;对比3组实验秸秆表面结构降解情况,C3 （VS比=1：1）组各水解酶活性均高于C1 （VS比=1：0）和C2 （VS比=5：2）组,且Megasphaera和Bacteroides作为纤维素酶主要分泌菌属相对丰度较高,纤维素酶活性峰值达到258.94 U·mL^-1,使秸秆中的纤维素和木质素得到有效降解;秸秆含量增加提高了水解细菌多样性,降低了古菌多样性,Lactobacillus属于Bacteroidetes门,由于其具有较好的抗逆性在C2和C3组丰度较高,能够作为水解产酸阶段的优势菌属;C3组产甲烷古菌丰度变化较为稳定,在实验中期以食氢产甲烷菌为主,优势菌属主要有Methanosphaera和Methanobrevibacter,实验后期以食乙酸产甲烷菌为主,优势菌属主要为Methanosaeta、Methanospirillum和Methanoregula.     

剩余污泥与废弃油脂混合厌氧消化产气缓滞因素研究

通过完全混合式厌氧消化反应研究了底物中添加30%(以VS计)的厨余提取物,且底物与接种物的VS比为1.87时厌氧消化过程中产气迟滞的影响因素.结果表明,反应过程中氨氮含量小于500 mg·L^-1时,游离氨对比甲烷累积产气率基本没有影响.挥发性脂肪酸(VFAs)的富集及反应器酸化是影响产气缓滞的直接因素,VFAs中乙酸的大量累积使得反应器酸化严重,pH降至6.4,产生了10~15 d的产气迟滞,之后随着VFAs的降解和碱度的缓冲,产气恢复正常.完全混合式反应器在各个阶段出现的不同污泥颗粒体现了反应进行的不同阶段和反应的酸化情况.     

多目标规划在预测区域总产值-排污-水质协调解中的应用研究

以某区域水环境－经济系统为研究实例，寻求值－排污－水质综合协调解方法，寻求净收益最大时的总体规划方案。建立目标参数规划模型，寻求不同生产规模条件下的产值－排污－水质协调解，又探讨了水环境标准约束下的某化工区废水治理费用的计算方法，提出了以供决策者选择的方案。     

土壤整体质量的生态毒性评价

土壤样品采自沈阳西部污灌区 .进行了污染物 (重金属和矿物油 )含量分析和生态毒性试验 .重金属采用原子吸收分光光度仪测定 ,矿物油采用紫外分光光度计测定 .生态毒性试验分别参照国际标准组织 (ISO)和OECD指南 ,进行了植物毒性试验、蚯蚓毒性试验和蚕豆根尖微核试验 .植物试验以小麦种子发芽根伸长抑制率为试验终点 ,试验周期50h ,蚯蚓毒性试验以蚯蚓死亡率、体重增长抑制率为试验终点 ,试验周期28d .土壤中矿物油含量在145mg/kg～1121mg/kg ,重金属Cd为0.34mg/kg～1.81mg/kg .土壤对植物和蚯蚓显示不同程度的毒性效应 ,土壤的蚕豆根尖微核率明显高于对照 .种子发芽根伸长抑制率为2.0%至-35.1% ,蚯蚓死亡率为0%～40%.体重增长抑制率由14d的-2.3%～-19.4%在28d增加到-2.1%～10.7% ,蚕豆根尖微核率最高达6.62/100.研究表明 ,土壤中的污染物积累较低 ,但具有明显的生态毒性 .     

滇池富营养化特性评价

介绍了滇池水质状况,对滇池富营养化特性进行了分析和评价,并提出了对策.     

国际化学危险品分类体系简介

介绍了当前国际化学危险品的各种分类体系,对比了GHS与TDG、EU_CLP、DOT、WHMIS等对化学危险品的具体分类。有助于GHS的理解与掌握,全面推进GHS在我国的实施。     

浅析连云港市工业废水处理设施所存在的问题

根据连云港市污染物排放量的比较和污染减排任务的要求,选取COD和NH3-N 2种具有代表性的污染物,详细研究连云港市工业行业的COD和NH3-N产、排量,根据数据测算出所占排放量比重,对比重较大的饮料制造业、食品加工业和化学品原料及化学品制造业的污染治理设施进行了详细调查,发现治理设施大部分为生物接触氧化法等废水生物处理法进行有机物治理.总结了连云港市在工业废水处理设施中存在的问题,提出对策与建议.     

后勤装备防腐涂层加速试验环境谱研究

结合后勤装备服役特点,综合考虑亚热带沿海地区湿热、紫外光照、盐雾等主要腐蚀因素的影响,建立了适用于后勤装备表面涂层的加速试验环境谱,给出了各环境块的具体确定方法,并且提出了建立加速谱与装备实际使用环境的当量加速关系的方法。为后勤装备外露关键部位涂层使用寿命评定、涂层有效性检验和腐蚀修理方案制定提供了重要的依据。     

烟气脱硫副产物的综合利用

通过分析烟气脱硫石膏的性能 ,介绍了脱硫石膏的利用情况和研究进展 ,利用脱硫石膏生产建筑材料 ,如 β石膏和α石膏的工艺日臻成熟 ,利用脱硫石膏生产水泥辅料已进入工业化 ,而利用脱硫石膏生产充填尾砂胶结剂已经完成试验阶段 ,脱硫石膏在农业上也有很广泛的用途。     

论给水管材发展的新趋向

本文从给水管材的发展阶段、国内外给水管材的发展动向详细地阐述了我国现阶段给水管材的应用和未来发展趋向，提出了我们现在面临的问题和发展前景。     

试行高校学生体质健康标准的情况分析

本文通过对我校试行高等学校《学生体质健康标准》,对04级827人的身高体重指数、分数、耐力指数、握力指数等测试结果进行统计学分析和总结评价,从而得出了对《学生体质健康标准》的几点初步认识。