养殖场鸡粪废水厌氧发酵产氢性能

在养殖场鸡粪废水中添加米糠提高废水的碳氮比,以经过不同预处理的厌氧活性污泥为接种物,控制发酵温度为36℃,初始pH为5.0,考察污泥预处理及底物质量浓度对发酵产氢的影响,并分析液相末端产物及发酵液化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率.研究结果表明,污泥的最佳预处理方法为热处理(100℃下加热15 min),发酵累积生物气产量和氢气产量分别为1 781和1 082.8 mL,是未处理组的2.52和5.85倍;鸡粪废水的适宜质量浓度为10 218 mg/L,此时氢气产量为185.1 mL/g,由Gompertz模型对产气量进行非线性拟合得拟合方程,说明该模型可很好地模拟发酵产氢过程;发酵结束后液相末端产物主要转化为乙酸和丁酸等挥发性有机酸,在不同底物质量浓度下COD去除率随底物质量浓度先增加后减小,在质量浓度为10 218 mg/L时达到26.9%.     

ABR大豆蛋白废水处理系统的产氢性能分析

以大豆蛋白生产废水为原料,对厌氧折流板反应器进行了连续流有机废水发酵产氢实验.反应器在污泥接种量为18.03 MLVSS/L,进水COD浓度为2 000 mg/L,水力停留时间为16 h及(35±1)℃等条件下启动运行,25 d后达到稳定运行状态.反应器稳定运行时,厌氧活性污泥产酸发酵系统呈现典型的乙醇型发酵特性,总产氢量为51.05 L/d左右,其中第一、第二、第三和第四格室的平均产氢量分别为12.25 L/d、15.8 L/d、13 L/d和10L/d.厌氧活性污泥乙醇型发酵的形成,主要受pH值这一环境因子的制约.     

发酵种泥的投加对新鲜剩余污泥发酵产酸的影响

为进一步提高剩余污泥厌氧发酵产短链脂肪酸(SCFAs)的效率,将p H=10下长期(90 d)厌氧发酵的种泥接入至新鲜剩余污泥考察其对新鲜剩余污泥厌氧发酵产酸的影响.实验在2种p H条件下进行:不控制p H(p H=7.4±0.2),一组反应器中投加新鲜剩余污泥,并接种厌氧发酵种泥,另一组反应器只投加新鲜剩余污泥;控制p H为碱性(p H=10±0.2),一组反应器中投加新鲜剩余污泥,并接种厌氧发酵种泥,另一组反应器只投加新鲜剩余污泥.结果表明:相同p H条件下,接种厌氧发酵种泥反应器中的最大产酸量较不接种分别提高4.9(p H=7.4±0.2)和16.4 mg/g VSS(以COD计)(p H=10±0.2);同时接种发酵污泥、剩余污泥在p H=10±0.2下的最大产酸量较p H=7.4±0.2下的最大产酸量高146.2 mg/g VSS;碱性条件、不接种发酵种泥的产酸量较不控制p H、接种发酵种泥的高129.8 mg/g VSS.投加发酵种泥可提高新鲜剩余污泥厌氧发酵过程中SCFAs的产生效率;碱性条件与厌氧发酵种泥对新鲜剩余污泥发酵产酸具有协同促进作用;与接种发酵种泥相比,碱性条件对新鲜剩余污泥厌氧发酵产酸促进能力高.     

Hydrogen Production by From Wastewater Anaerobic Fermentation in Poultry Farms

在养殖场鸡粪废水中添加米糠提高废水的碳氮比,以经过不同预处理的厌氧活性污泥为接种物,控制发酵温度为36℃,初始pH为5．0,考察污泥预处理及底物质量浓度对发酵产氢的影响,并分析液相末端产物及发酵液化学需氧量（chemicaloxygendemand,COD）去除率．研究结果表明,污泥的最佳预处理方法为热处理（100℃下加热15min）,发酵累积生物气产量和氢气产量分别为1781和1082．8mL,是未处理组的2．52和5．85倍;鸡粪废水的适宜质量浓度为10218mg／L,此时氢气产量为185．1mL／g,由Gompertz模型对产气量进行非线性拟合得拟合方程,说明该模型可很好地模拟发酵产氢过程;发酵结束后液相末端产物主要转化为乙酸和丁酸等挥发性有机酸,在不同底物质量浓度下COD去除率随底物质量浓度先增加后减小,在质量浓度为10218mg／L时达到26．9％．     

接种污泥对产氢颗粒污泥形成的影响

采用两个平行的颗粒污泥膨胀床反应器(EGSB),控制温度为(35±0.5)℃,逐步提高进水容积负荷,分别研究接种污泥对产氢速率、颗粒粒径分布变化、液相末端产物和启动末期系统参数的影响.结果表明,采用缺氧污泥混合厌氧污泥进行接种的反应器比直接采用产甲烷颗粒污泥粉碎后接种的反应器更易形成颗粒污泥.在启动末期,前者的平均颗粒粒径为后者的1.25倍,产氢速率是后者的1.23倍.两个反应器都形成了乙醇型发酵,说明发酵类型的形成不受接种污泥影响.启动末期系统的pH值分别为3.9～4.3和4.0～4.4,混合污泥接种反应器的挥发性悬浮固体质量浓度为27.2g/L,厌氧污泥接种反应器的挥发性悬浮固体质量浓度为24.1g/L.相比厌氧污泥接种的反应器,混合污泥接种能更快速培养颗粒污泥,并且反应系统产氢速率高,耐酸性更好,生物持有量大,有利于生物制氢系统高效产氢和稳定运行.     

金霉素对猪场废水厌氧消化抑制作用

为探明抗生素对猪场废水厌氧消化的抑制作用,以金霉素作为抑制剂,采取批次试验的方法,对厌氧消化过程的产甲烷量进行测定.试验结果表明:厌氧污泥降解模拟废水的最大容积产甲烷速率为19.6mL/(L·h);在金霉素抑制下,最大容积产甲烷速率降低了47.4%.在无抗生素的情况下,产甲烷过程是厌氧消化的限速步骤;存在10mg/L金霉素时,水解发酵和产氢产乙酸过程受到较强的抑制,视为厌氧消化的限速步骤.金霉素对猪场废水厌氧消化有较强的抑制作用,为保证厌氧处理的稳定性,应针对水解发酵和产氢产乙酸过程采取相应的强化措施.     

有机负荷对厌氧活性污泥发酵产氢系统的影响

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),通过改变进水COD浓度与水力停留时间(HRT)2种方式,考察了有机负荷(OLR)对厌氧活性污泥发酵产氢系统产氢特性的影响.结果表明,在维持HRT 8 h、(35±1)℃不变的条件下,CSTR发酵产氢系统在进水COD浓度为6 000 mg/L(OLR为18 kg/(m3·d))时可获得较高的产氢量,平均为10.96 L/d;当进水COD浓度提高到8 000 mg/L(OLR为24 kg/(m3·d))时,系统产氢能力迅速下降.在维持进水COD浓度为6 000 mg/L、(35±1)℃不变的条件下,HRT为6 h(OLR为24 kg/(m3·d))时,CSTR发酵产氢系统的最大产氢量为16.2 L/d;当HRT降至4 h(OLR为36 kg/(m3·d))时,反应系统逐渐丧失了产氢能力.有机负荷过高,将引起了厌氧活性污泥发酵产氢系统内pH、碱度、氧化还原电位等生态条件的剧烈变化,不仅导致了厌氧活性污泥的微生物群落结构的改变,同时严重抑制了微生物的代谢活性.     

有机负荷对连续流厌氧发酵产氢系统的影响

以连续流搅拌槽式反应器作为发酵生物制氢反应装置,针对有机负荷(OLR)对厌氧活性污泥发酵生物制氢系统运行的影响进行实验研究.在水力停留时间(HRT)8 h,(35±1)℃,进水COD质量浓度6000 mg/L,即OLR为18 kg/(m3.d)的条件下运行,厌氧活性污泥发酵产氢系统达到稳定时的平均产氢量为10.96 L/d,比OLR 12 kg/(m3.d)条件下提高了19.3%,比OLR 6 kg/(m3.d)条件下提高了52.3%.当进水COD质量浓度达到8000 mg/L,即OLR为24 kg/(m3.d)时,pH、ALK分别从大于4.1和250 mg/L的水平,迅速下降到3.7和5 mg/L以下,而ORP则从-350 mV急速上升到-210 mV以上.表明厌氧活性污泥微生物已无法承受有机负荷提高造成的环境变化,其活性受到严重抑制,反应器产氢能力急剧下降,系统的产酸发酵类型也发生了根本改变.     

污泥和水葫芦混合发酵产氢的影响因素分析

以沼气池污泥和水葫芦为混合发酵底物,以活性污泥煮沸处理后扩大培养的优势产氢菌株为接种物,研究其发酵产氢特性及影响因素.试验表明,在沼气池污泥底物中必须加入优势产氢菌株作接种物才能发酵产生大量H2;利用水葫芦作发酵底物时必须预先剔除其富含重金属的根部以防止对产氢细菌的抑制作用;富含纤维素等复杂大分子的水葫芦必须经过酸碱和酶解等预处理才适于细菌发酵产生大量H2;污泥和水葫芦混合发酵过程中必须适当处理浮渣以使得大量H2能及时导出,否则反而会抑制细菌的产氢代谢导致产氢能力明显降低.试验在沼气池污泥中加入优势产氢菌株作接种物时得到的产氢能力最高,单位产氢量为116.3mL/gTS,平均氢气浓度为64.95%.     

接种物预处理对泔脚发酵产氢的强化研究

采用经微波(850 W,4 min)+pH9.0预处理的泔脚为发酵底物,以预处理的城市生活垃圾厌氧消化污泥为接种物,考察了接种物的未预处理、热(80℃,15 min)预处理、热(80℃,15 min)+pH6.0预处理对泔脚中温(36℃)批式发酵产氢的影响.(1)Gompertz模型拟合结果表明:3个预处理方案的泔脚发酵产氢延迟时间λ分别为7.68、5.06、2.04 h,泔脚中挥发性固体最大比产氢率分别为3.05、10.10、9.24 mL/g·h,泔脚中挥发性固体产氢率分别为43.54、167.10、161.93 mL/g,生物气中氢气的最高体积含量分别为18.4%、41.2%、47.2%.结合药剂的费用,热(80℃,15 min)预处理具有更大的产氢优越性.(2)泔脚的发酵产氢过程也是一个酸化过程,发酵产氢结束后,3个预处理方案的发酵产氢余物的pH值在4.70～5.10,pH值均有较大幅度的下降.     

一株利用木糖用于酒精生产酵母菌的筛选

为获得高效发酵木糖生产酒精的菌株,从牛羊粪便的堆积处进行木糖利用菌的分离筛选,获得一株利用木糖的菌株,根据菌株的生理生化和分子生物学特性,鉴定该菌株为热带假丝酵母(Candidatropicals).以逐渐提高底物中木糖浓度的方法,对该菌株利用木糖的能力进行了驯化,同时对该菌发酵木糖生产酒精的工艺和发酵培养基组分进行了优化.驯化后,在厌氧条件下,木糖浓度在7%,木糖利用率为65.2%,酒精产率达到理论产量的21.9%.在优化培养基的条件下,以木糖/葡萄糖混合糖为碳源,控制pH为5.5,温度35℃接种量为10%,厌氧培养96 h,木糖和葡萄糖转化的酒精产量分别为理论产量的37.7%和79.2%,同时伴有30.2 g/L的木糖醇产生.实验结果表明,该菌株具有较高的木糖和葡萄糖的利用能力,是具有同时发酵葡萄糖和木糖产酒精的天然菌株.     

腈水合酶耐底物突变株的筛选及产酶条件优化

采用紫外诱变和梯度平板法筛选出耐底物的突变株,通过单因素实验考察发酵液起始pH值、装液量、发酵周期、接种量对产酶的影响,确定最佳的发酵条件;采用均匀设计实验优化发酵培养基。筛选出．株能耐受4％丙烯腈的腈水合酶产生菌,在最佳产酶条件下,耐底物突变株的腈水合酶酶活达到11．5MU／mL,与优化前相比,酶活提高了49．35％。腈水合酶耐底物突变株的最佳发酵条件为：初始pH7．0、装液量16％、发酵周期58h、接种量10％。最佳发酵培养基配方为：ρ（葡萄糖）=26g／L,ρ（酵母膏）=2g／L,ρ（尿素）=4g／L,ρ（谷氨酸钠）=0．5g／L,ρ（K2HP04）=0．2g／L,ρ（KH2P04）=0．2g,／L,ρ（MgS04）=0．05g／L,φ（DXL）=0．5mL／L。     

两种类型生物制氢反应器的运行及产氢特性

为探求反应器型式对发酵法生物制氢过程的影响,分别采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)和颗粒污泥膨胀床反应器(EGSB)接种厌氧活性污泥,从糖蜜废水中制取氢气.运行中控制温度为35℃,通过缩短水力停留时间(HRT)和增加进水COD质量浓度的方式逐渐提高容积负荷(OLR),分别对CSTR系统和EGSB系统的产氢速率、pH、液相末端产物及生物量进行研究.结果表明,两个系统中,产氢速率均随OLR提高而逐渐升高.CSTR的最佳产氢OLR为25~35 kg/(m3.d),而EGSB的最佳产氢OLR为70~80 kg/(m3.d);此时,CSTR系统的最大产氢速率为6.21 L/(L.h),EGSB系统的最大产氢速率可达18.0 L/(L.h).稳定运行期,EGSB系统的生物量为27.6 gVSS/L,而CSTR的生物量仅为7.8 gVSS/L,说明较高的生物量是生物制氢反应器稳定运行和高效产氢的关键.两个系统均可形成乙醇型发酵,说明发酵类型的形成不受反应器型式影响.与CSTR反应器相比,EGSB反应器具有更好的耐酸能力.     

不同来源污泥对稻草发酵产氢影响的研究

讨论了不同来源的混合菌群、不同的接种方式以及单一菌种产气肠杆菌对稻草发酵产氢的影响.相对于混合菌群，单一纯菌产气肠肝菌在氢气产量上处于劣势.对于取自同一沼气池的厌氧活性污泥，经煮沸后扩大培养的混合菌群作为接种物，经过NaOH预处理后稻草的单位产氢量为91.5 mL/g，最高产氢速率为1.52 mL/(h·g)；以直接扩大培养的污泥作为接种物，经过NaOH预处理后稻草的单位产氢量为62.5 mL/g，最高产氢速率为1.04 mL/(h·g).对3种混合菌群均采用直接扩大培养的接种方法，其总产氢气量为：沼气池污泥（62.5 mL/g）<污水处理厂污泥（69.5 mL/g）<湖底污泥（80.5 mL/g）.     

脂肪预处理发酵联产氢气和甲烷的研究

针对脂肪难以产氢、能源转化率低的问题,以肥猪肉作为脂肪代表物,研究了其预处理后发酵联产氢气和甲烷的特性.结果表明,在产氢阶段,碱和脂肪酶预处理促进了脂肪的水解,提高了累积产氢量.驯化菌种能较快的适应底物环境,从而缩短延滞期并提高了产气速率.碱水解时应控制体系的Na+终浓度不超过0.2mol/L,更高的碱用量会因Na+浓度过高而抑制产氢.为了提高能源转化率和原料利用率,提出了利用脂肪发酵产氢后的有机酸废液继续联产甲烷的创新工艺,并利用该工艺得到底物总挥发性固体的单位产氢潜力为32.6mL/g,联产甲烷潜力为24.88mL/g.其中单产氢气的能源转化率为0.85%,联产甲烷以后的能源转化率可提高至2.99%.     

嗜酸乳杆菌产细菌素培养条件的优化

为了提高嗜酸乳杆菌产细菌素的产量,通过单因素和正交试验优化了嗜酸乳杆菌产细菌素的培养条件。采用琼脂扩散法测定含有细菌素的发酵上清液对大肠杆菌的抑菌活性,根据抑菌圈的大小,确定最适培养基成分和发酵条件。试验结果表明,嗜酸乳杆菌产细菌素最佳培养基组分为:蛋白胨10g/L,牛肉膏12.5g/L,酵母膏5g/L,葡萄糖15g/L,柠檬酸氢三铵2g/L,无水乙酸钠5g/L,碳酸钙1g/L,K2HPO4·3H2O 2.62g/L,MgSO4·7H2O 0.58g/L,MnSO4·H2O 0.25g/L,Tween-80 3mL/L。最佳发酵条件为初始pH 6.3、37℃、接种量3%、培养时间22h。此条件下,抑菌圈直径可达22.4mm。     

发酵法生产葡萄糖酸钠工艺的优化

本文采用黑曲霉发酵葡萄糖产葡萄糖酸钠,对黑曲霉素接入培养液中在摇瓶中发酵过程中的最佳底物浓度,pH,培养时间、温度、和接入发酵液时的菌种量进行了详细的实验探索,以提高葡萄糖酸钠的产量。得到最佳的培养条件为：葡萄糖初始浓度为100g／L,pH为7,发酵时间20h,发酵温度30℃,接种量为10％。     

秸秆糖化复合菌系的筛选方法及糖化效果评价

为了获得能够直接降解秸秆积累还原糖的复合菌系,并评价其产糖能力,采用连续稀释转接的方法进行复合菌系的富集筛选.同时,提出利用分室同步糖化发酵产氢培养的方法,将降解秸秆复合菌系与高效产氢菌株分室培养,以产氢所消耗还原糖量,推算复合菌系的产糖能力,以此作为评价复合菌系糖化效果的方法.实验结果表明:利用连续稀释转接法,筛选得到糖化效果较好的复合菌系JY665,菌体产氢量与所消耗还原糖量可拟合为二次曲线,通过计算得到复合菌系产糖能力达到0.5150g/g秸秆,秸秆降解率达到61.06%.     

复合菌群降解玉米秸秆协同产氢特性

为加快生物制氢工业化进程,利用玉米秸秆这类来源广泛、储量巨大和价格低廉的可再生生物质纤维素资源作为发酵产氢的原料,从连续流发酵产氢反应器(ZL92114474.1)中新分离筛选出一株高效纤维素降解产氢细菌Clostridium sp.X9(NCBI注册号:EU434651)和一株高效产乙醇发酵产氢细菌Ethanoigenens harbinenseB2(NCBI注册号:EU639425),通过构建高效降解纤维素发酵产氢复合菌群进行同步降解玉米秸秆发酵产氢.结果表明,对玉米秸秆进行酸化汽爆预处理后可以显著提高复合菌群的产氢能力.复合菌群X9和B2比单一菌种具有更理想的降解玉米秸秆发酵产氢的能力,两菌种间存在协同产氢效应.复合菌群X9和B2降解玉米秸秆发酵产氢获得的最大产氢率和玉米秸秆降解率分别为8.7mmol/g和74%.液相代谢末端产物主要为乙醇、乙酸和丁酸.这说明复合菌群X9和B2在以木质纤维素为发酵底物的工业化生物制氢领域中具有很好的应用发展前景.     

接种物预处理对泔脚发酵产氢的强化研究

采用经微波（850W,4min）＋pH9．0预处理的泔脚为发酵底物,以预处理的城市生活垃圾厌氧消化污泥为接种物,考察了接种物的未预处理、热（80℃,15min）预处理、热（80℃,15min）＋pH6．0预处理对泔脚中温（36℃）批式发酵产氢的影响．（1）Gompertz模型拟合结果表明：3个预处理方案的泔脚发酵产氢延迟时间λ分别为7．68、5．06、2．04h,泔脚中挥发性固体最大比产氢率分别为3．05、10．10、9．24mL／g·h,泔脚中挥发性固体产氢率分别为43．54、167．10、161．93mL／g,生物气中氢气的最高体积含量分别为18．4％、41．2％、47．2％．结合药剂的费用,热（80℃,15min）预处理具有更大的产氢优越性．（2）泔脚的发酵产氢过程也是一个酸化过程,发酵产氢结束后,3个预处理方案的发酵产氢余物的pH值在4．70～5．10,pH值均有较大幅度的下降．