厌氧活性污泥发酵制氢系统中的同型产乙酸菌及耗氢作用

 在对连续流搅拌槽式反应器(CSTR)发酵产氢系统中的活性污泥进行分子生物学分析,判断系统中有同型产乙酸菌存在的基础上,通过活性污泥的间歇培养试验,探讨了同型产乙酸作用对活性污泥发酵系统产氢效能的影响.结果表明,CSTR发酵产氢系统的活性污泥中,一种隶属真杆菌属(Eubacterium)的同型产乙酸菌在活性污泥微生物群落中达到了优势程度;以葡萄糖为底物时,同型产乙酸菌的耗氢代谢,可使厌氧活性污泥对葡萄糖的氢气转化率及产氢率分别降低31%和34%,耗氢速率可达0.33mmol/(g·d).     

厨余垃圾厌氧发酵制备乙酸技术及应用进展

我国垃圾分类全面实施后厨余垃圾产量骤增,目前采用主流的厌氧消化工艺因沼气利用率低、产品附加值低、沼液处理成本高等问题导致项目经济效益不佳,厨余垃级资源化利用技术亟需升级。有机物厌氧发酵制备的有机酸工业用途广泛,其中乙酸是医药、化工等行业的基础原料或者重要中间体,近年来由于能源危机、原材料稀缺以及环境问题促使生物基乙酸需求量日益增加,厨余垃圾发酵制备乙酸为有机固废高值化利用和能源绿色低碳转型提供新出路。通过梳理厨余垃圾厌氧发酵产乙酸过程及其生物代谢机制,阐述不同参数条件对乙酸产量的影响,分析探索提高乙酸产量的方法,为厨余垃圾厌氧产乙酸实际工程应用推广提供参考。     

同型产乙酸菌株CA3及其发酵葡萄糖产乙酸条件优化

 同型产乙酸菌纯培养物的获得,可为研究其在厌氧生物处理系统中的生理生态功能以及生产化工溶剂乙酸提供种质资源。以CO₂为碳源,采用改良Hungate厌氧技术,从厌氧活性污泥中分离得到一株同型产乙酸菌CA3。该菌株为严格厌氧,卵形,G⁺,可利用H₂/CO₂产乙酸,也能发酵葡萄糖、果糖等产生乙酸。16SrRNA基因序列比对及系统发育树构建结果表明,CA3隶属Blautia sp.。菌株CA3能在20~45℃的温度范围内生长,最适生长温度为35℃,最适初始pH值为8.0。在最适条件下,菌株CA3利用H₂/CO₂产乙酸速率可达8.92mg/(L·h);以酵母粉作为氮源发酵葡萄糖时,发酵体系的乙酸浓度可达1370mg/L。     

一种产氢产乙酸菌互营共培养体的筛选及其群落结构解析

厌氧消化系统中的产氢产乙酸菌在营养生态位上位于产酸发酵菌群和产甲烷菌群之间,在功能上起着承上启下的重要作用.该菌群具有与耗氢菌互营共生的特性,其分离纯化非常困难.为了深入了解其生理生态特性,为开发高效的厌氧生物处理技术提供理论基础,采用丙酸和丁酸混合培养基,以具有甲烷发酵功能的厌氧活性污泥为出发菌群,进行了产氢产乙酸菌互营共培养体的选育,并借助于PCR-DGGE技术对其菌群结构进行了解析.经过选择培养基的不断传代培养,最终筛选到2个产氢产乙酸互营共培养体7-m-2a和11-O-1.这2个共培养体不仅对丙酸和丁酸具有很强的降解和产乙酸能力,而且不产甲烷和硫化氢.在这种非产甲烷菌和非硫酸盐还原菌与产氢产乙酸菌组成的互营共培养体中.含有专性的互营产乙酸菌Desulfotomaculum sp.Iso-W2及其伴生菌,其中的伴生菌是能利用甲酸盐和H2/CO2的Uncultured bacterium 054E12_B_DI_P58和Sedimentibacter sp.JN18_A14_H.对这一新的产氢产乙酸菌互营共培养体的发现和选育成功,为更全面地研究产氢产乙酸菌的生理生态特性提供了样本.     

ASBR酸化特性的研究

以葡萄糖为进水基质,建立稳定基态后,研究了厌氧序批式反应器(ASBR)的酸化特性.实验表明:进行有机负荷冲击后,产异丁酸菌和产异戊酸菌对此扰动比较敏感,产乙酸菌和产丙酸菌次之,产戊酸菌对有机负荷冲击的响应最慢,说明厌氧序批式反应器有一定的耐有机负荷冲击的能力.     

生物厌氧产氢接种污泥的预处理研究进展

系统概述了热、酸、碱、化学抑制剂、曝气、冲击负荷等预处理方法对接种污泥中耗氢菌和产氢菌的选择性抑制机理,并对比分析了各自的产氢特性.由于接种污泥选取的种类、产氢底物的种类和浓度、温度、pH以及采用的反应器类型等不同,不同研究者得出的最佳预处理方法存在差异.目前的研究多集中在以葡萄糖或蔗糖等纯物质作为厌氧产氢的底物,建议今后以实际有机废水作为生物厌氧产氢的底物,以进一步研究不同接种污泥预处理方法对产氢的影响.     

初始pH对木薯酒精废水高温厌氧产氢的影响

通过间歇实验,考察了初始pH(4.0～10.0)对木薯酒精废水高温(60℃)厌氧产氢的影响.结果表明,初始pH 6.0为高温厌氧产氢的最佳值,累积产氢量为383 mL,单位基质产氢量为70 mL·g-1.挥发性有机酸(VFA)和乙醇的总量随着pH的升高而升高,乙酸的含量越来越大,但丁酸始终占优势.接种污泥在90℃的水浴中加热1 h不能有效地抑制产甲烷菌和同型产乙酸菌的活性,当初始pH 在6.0～10.0时,发现不同程度的氢消耗,并且在初始pH 9.0和10.0时,发酵末期均检测到甲烷.发酵过程中对底物变化的跟踪分析表明,氢气主要在丁酸生成过程中产生,与乙酸关系不大.     

五氯苯酚对厌氧颗粒污泥微生物的毒性作用

通过间歇培养方式研究了五氯苯酚对上流式厌氧污泥床和厌氧膨胀颗粒床反应器厌氧颗粒污泥微生物的毒性作用.结果表明五氯苯酚对厌氧颗粒污泥中微生物有较强的毒性;低浓度PCP对厌氧颗粒污泥中微生物辅酶F420含量、磷酸酯酶活性以及胞外多聚物的分泌都有抑制作用,高浓度PCP则直接杀死菌体;PCP对厌氧颗粒污泥中不同微生物活性有不同的抑制作用,对利用乙酸的甲烷菌和利用丙酸和丁酸的产氢产乙酸菌都有强烈的抑制作用;EGSB反应器厌氧颗粒污泥对PCP的抑制有更强的耐受能力.     

UASB生物制氢反应系统生物强化作用研究

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以糖蜜废水为底物,利用厌氧活性污泥发酵产氢.向反应器中投加高产氢微生物产酸克雷伯氏菌HP1,探讨了生物强化作用对反应器产氢能力的影响.研究表明:在污泥接种量为30.0 gVSS/L、启动负荷为6.0 kgCOD/(m3·d)、水力停留时间(HRT)为9 h、投菌量为3%的条件下对生物制氢系统进行强化,可使反应系统产氢能力提高25%,并形成丁酸型发酵产氢,液相末端发酵产物中丁酸和乙酸的含量占挥发酸总含量的63%以上,气相中氢气含量在40%～52%之间,最大产氢量达4.52 L/d.     

一株产氢产乙酸菌的生长条件及产乙酸特性

在参与有机废水厌氧生物处理的各类微生物菌群中,产氢产乙酸菌群在功能生态位上起着承上启下的作用,对产氢产乙酸过程的强化,将有助于提高厌氧生物处理系统的效能。在前期研究中,通过丙酸和丁酸混合培养基,从厌氧活性污泥中筛选到一株双歧杆菌属(Bifidobacterim)的产氢产乙酸菌AX3。间歇培养试验结果表明,菌株AX3可在pH7.0、30℃条件下获得最佳增殖,不仅对丁酸和丙酸具有很高的乙酸转化率,同时也可发酵多种双糖和淀粉,并产生一定数量的乙酸。作为氮源,氯化铵比尿素更能有效地促进菌株AX3的增殖。     

二氧化碳对酿酒酵母生长代谢的抑制

在发酵生产中,酿酒酵母有时处在高浓度的CO2环境下,而高浓度的CO2会影响酵母代谢,抑制酵母生长,造成发酵缓慢或停滞。因此,全面了解CO2对酵母生长代谢的抑制机制,系统分析各种机制间的相互关系,对控制发酵过程,优化发酵工艺有重要意义。     

羰基金属气相沉积工艺条件及膜结构研究

在Al2O3陶瓷基片上以Mo（CO）6为源采用低压冷壁式设备和金属有机气相沉积（MOCVD）方法制备Mo2C薄膜,探讨了该薄膜结构受温度、压力和沉积速率等工艺因素影响的关系．     

A carbon isotope record of CO2 levels during the late Quaternary

Analyses of gases trapped in continental ice sheets have shown that the concentration of CO2 in the Earth's early atmosphere increased from 180 to 280 p.p.m. during the most recent glacial-interglacial transition. This change must have been driven by an increase in the concentration of CO2 dissolved in the mixed layer of the ocean. Biochemical and physiological factors associated with photosynthetic carbon fixation in this layer should lead to a relationship between concentrations of dissolved CO2 and the carbon isotopic composition of phytoplanktonic organic material, such that increased atmospheric CO2 should enhance the difference in 13C content between dissolved inorganic carbon and organic products of photosynthesis. Here we show that a signal related to atmospheric CO2 levels can be seen in the isotope record of a hemipelagic sediment core, which we can correlate with the CO2 record of the Vostok ice core. Calibration of the relationship between isotope fractionation and CO2 levels should permit the extrapolation of CO2 records to times earlier than those for which ice-core records are available.     

A novel type of energy metabolism involving fermentation of inorganic sulphur compounds

Two processes are known whereby energy is conserved during substrate metabolism in heterotrophic organisms: respiration and fermentation. Both involve oxidation–reduction reactions; but whereas in respiration the electrons are transferred from substrate to an electron acceptor, in fermentation part of the substrate molecule itself accepts the electrons. Fermentation is therefore a type of disproportionation, and does not involve an overall change in oxidation state of the substrate. All fermentative substrates known to date are organic molecules. We have discovered a novel type of fermentation involving the disproportionation of inorganic sulphur compounds in certain sulphate-reducing bacteria1. Initially discovered in a newly isolated sulphate-reducing bacterium, Desulfovibrio sulfodismutans, the capacity for disproportionation of sulphur compounds is also found in some known sulphate-reducing bacteria and various bacteria isolated from freshwater, brackish or marine sediments.     

MOCVD法制备金属-陶瓷功能梯度材料的研究

利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法，以Mo（CO）6，Si（OC2H5）4为物源，在Al2O3陶瓷基片上制备了金属一陶瓷功能梯度材料，并用XPS，XRD，SEM等技术对其成分分布，物相组成和表面形貌进行测试和表征，结果表明：材料的组成沿厚度方向呈连续梯度变化，符合功能梯度材料的变化规律。     

专性厌氧菌发酵罐制氢工艺

采用批式发酵工艺研究了专性厌氧菌P的产氢特性.分别探讨了P菌在小样及发酵罐扩大试验中的生长周期、pH值、葡萄糖浓度以及糖蜜浓度等生态因子对产氢能力的影响.结果表明,P菌是一种高效产氢的菌株,在培养10h后进入对数生长期和高速产氢阶段.当葡萄糖浓度为10 g/L,初始pH为7.0,接种比例为10％时,小样发酵和发酵罐的气体总产量均达到最大值,分别为485 mL和17.4L;在发酵罐中,通过连续补加NaOH溶液使pH恒定在7.0左右,可使每升培养基产氢量达到2.473 L,比小样提高了5％,此时葡萄糖分解率达到95.2％,且氢气的质量分数达到68.73％;利用糖蜜作为发酵底物,具有广阔的经济效益和除废产能的环境效益,当糖蜜底物浓度为35 g/L时的产气能力最佳,发酵罐中最大产气量为22 L.     

大气压DBD甲烷二氧化碳转化方法研究

在不使用催化剂,吸收剂的环境友好条件下,利用大气压介质阻挡强电离放电加速电子及激励气体分子方法,将CH4和CO2气体激发、电离和离解成CH3,CH2,CH,H,CO,O,OH等活性粒子,并在非平衡等离子体反应器内重新组合,生成合成气、气态烃及含氧有机物醇、酸等有价值产物,甲烷的转化率高达60%以上,二氧化碳或氮气的加入使甲烷的转化率有明显提高,甲烷与二氧化碳反应气的最佳体积比为3/1.当甲烷体积分数为75%时,可得到H2/CO摩尔比为3的高质量的合成气,收集到的液体产物主要有醇、酸和水等.     

可控溶剂体系及其在化学反应和分离中的应用

CO2诱导的可开关溶剂(switchable solvents)和有机物-水可调控溶剂(organic aqueous tunable sol-vents)是近年来发展的两类新型的较绿色溶剂体系.这两类溶剂均使用CO2作为可逆"开关",通入CO2使体系的物理化学性质或相数发生变化,除去CO2后体系恢复到原来的状态.因此,这些溶剂体系被称之为可控溶剂体系.本文在介绍可控溶剂体系类型的基础上,重点综述了可控溶剂体系的研究进展和存在的问题,以及可控溶剂体系在大豆油的提取、藻类中碳氢化合物的提取、烯烃氢甲酰化反应和酶催化反应中的应用,并提出了可控溶剂体系需要进一步研究的若干重要问题.从总体上看,使用可控溶剂体系,可以减少反应过程中有机溶剂的用量,并在温和条件下实现溶剂极性、水溶性和体系相数的显著、可逆变化,因此可使化合物的合成、纯化以及均相催化剂的回收等过程变得更加简便、高效.     

松山自然保护区净化服务功能及生态经济价值研究

以松山自然保护区为研究对象,研究保护区内有机物质的生产、CO2的固定、O2的释放、重要污染物质SO2的吸收降解,以及降尘和飘尘潜在的滞留作用,在此基础上,根据经济学和环境经济学原理,运用市场价值法、影子价格法和费用分析法探讨了松山自然保护区净化服务功能的生态经济价值.