餐厨垃圾和市政污泥配料比对厌氧产甲烷特性及微生物多样性的影响

在(38±0.5)℃的温度下,研究不同配料比对餐厨垃圾和市政污泥混合厌氧消化过程中系统参数及微生物群落多样性的影响,设定餐厨垃圾和市政污泥的挥发性固体的质量比为1∶0、0∶1、1∶1、1∶2和2∶1,并采用高通量测序技术分析厌氧消化过程中微生物组成的多样性。结果表明:质量比为1∶1的体系混合厌氧消化时,产甲烷效果最佳,单位质量的挥发性固体含量的产甲烷量可达到232.86 L/kg,挥发性固体含量的去除率达46.09%。各个混合比例体系中的优势物种为拟杆菌门(Bacteroidetes)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)。在餐厨垃圾中添加市政污泥混合厌氧消化能够提高微生物群落的多样性,促进菌种间的协同作用,进而提升产气效率。     

导电碳颗粒促进污泥厌氧消化及微生物种间电子传递的研究进展

添加导电碳颗粒能够促进厌氧消化过程稳定性、底物降解率以及产沼气品质的同步提高。本文总结了以活性炭和生物炭为代表的导电碳颗粒对城市污泥厌氧消化的影响,探讨了导电碳颗粒促进城市污泥厌氧消化的机理,阐述了导电碳颗粒介导的微生物直接种间电子传递(Directinterspecies electrontransfer,DIET)在强化污泥厌氧消化中的作用机制,分析了复杂厌氧消化体系中微生物DIET互营关系的研究现状,同时对导电碳颗粒的物理化学特性及其对污泥厌氧消化产甲烷的影响进行了分析,最后对未来导电碳颗粒促进城市污泥厌氧消化的研究进行了展望。     

不同预处理方式对市政污泥/餐厨垃圾混合厌氧消化产甲烷的影响

考察了不同的预处理方式对餐厨垃圾与市政污泥混合厌氧消化产甲烷的影响。结果表明:对市政污泥进行热碱预处理效果最优,与空白组相比,热碱处理组累计单位质量的挥发性固体(VS)的甲烷产量达到了255.00 L,提高了13.03%,溶解性化学需氧量(SCOD)的降解率提高了27.05%,总固体(TS)的降解率提高了16.65%,VS的降解率提高了9.08%。在厌氧消化过程中,利用碳水化合物及蛋白质的热袍菌门(Thermotogae)的比例在所有处理中都有所上升;与产生短链脂肪酸有关的Erysipelotrichaceae菌属在预处理组中的丰度显著高于空白组,热碱处理组中Erysipelotrichaceae在末期的丰度最高,为19.21%;Petrimonas在厌氧消化体系中的作用为产氢产乙酸菌,热碱处理组的Petrimonas的丰度在产气高峰时最高,为6.84%。不同处理系统起主要产甲烷作用的古菌属为Methanosarcina,在产气高峰期热碱预处理组中Methanosarcina的丰度最高。预处理能够破环市政污泥的细胞结构,提高污泥的可生物利用性,提高混合厌氧消化产甲烷的效率。     

电动修复过程中电压对土壤中芘降解及微生物群落的影响

电动-微生物修复是一种新型的有机污染土壤修复技术。本文研究了修复过程中电压对土壤中芘降解及微生物群落的影响。结果表明,在不同电压梯度处理下,土壤中的芘降解与土壤微生物群落组成在阳极区和阴极区呈现不同的分布特征。阳极区芘降解与电压呈显著的正相关(r=0.55,P0.01),在电压为2.0 V·cm-1时,阳极附近芘的降解率达到最高值(87.5%);阴极区芘的降解随着电压增大先升高后降低,电压为1.2 V·cm-1时阴极附近芘的降解率达到最高值(87.8%)。阳极区微生物活性和多样性与电压呈负相关;而阴极区微生物活性和多样性与芘降解的变化趋势相同。从芘的降解率和微生物群落结构来看,1.2 V·cm-1为本实验最合适的电压,该电压既保证了一定的电动氧化作用又促进了微生物发挥其最大的代谢降解能力。本研究为电动-微生物修复技术的调控提供了理论基础和技术方法。     

利用微生物电解池处理牛奶废水过程中产电菌落与产氢性能之间的关系

【目的】 研究微生物电解池(Microbial electrolysis cell, MEC)利用复杂有机物作为底物的运行特性, 对其在废水处理中的应用有着重要的意义。【方法】 以模拟牛奶废水为基质, 通过构建MEC反应器来考察在不同外加电压条件下产电菌群的性能。【结果】 当外加电压升高到1.2 V时, 最大电流密度可达到261 A/m3, 产氢速率可达0.048 m3 H2/m3 d, 分别比外加电压为0.4 V的情形提高了467%和700%。外加电压为1.2 V时, 系统对COD和蛋白质去除率可分别达59%和74%, 其中COD去除较之0.4 V的情形提高了22.5%。PCR-DGGE的分子生物学分析结果表明, 阳极生物膜中以Geobacter sp.作为优势菌, 说明在利用大分子有机物作为基质时产电菌与非产电菌的协同作用更为明显。【结论】 MEC能够利用牛奶废水作为燃料, 在实现高效降解的同时以产氢的形式进行能量产出, 这为MEC的实际应用提供了研究思路。     

生物电化学耦合厌氧氨氧化强化脱氮及其微生物群落特征

为探究生物电化学强化厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,anammox)脱氮作用过程,采用双室微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)富集电活性微生物,构建耦合厌氧氨氧化阴极的生物电化学系统。具体地,在外加0.2 V电压条件下改变不同总氮进水浓度于30°C进行暗培养批次实验研究,结合循环伏安法、电化学阻抗谱、高通量测序方法等多种表征手段研究了强化脱氮机理。结果表明,在初始总氮浓度分别为200、300和400 mg/L时对应获得了96.9%±0.3%、97.3%±0.4%和99.0%±0.3%的总氮去除率,且阴极电极生物膜表现出良好的电化学活性。高通量测序结果表明外加电压富集了除厌氧氨氧化菌以外的其他脱氮功能菌群:反硝化菌(Denitratisoma)、Limnobacter和氨氧化菌SM1A02和Anaerolineaceae、亚硝化菌(Nitrosomonas europaea)和硝化螺菌属(Nitrospira)等,这些具有电化学活性的微生物构成了体系的氨氧化胞外产电菌(ammonium oxidizing exoelectrogens,AOE)和反硝化电养菌(denitrifying electrotrophs,DNE),它们连同厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia构成了系统的脱氮微生物群落结构。AOE和DNE的种间直接电子传递作用协同厌氧氨氧化是强化系统总氮去除的关键原因。     

驯化对生物阴极微生物燃料电池中阴极微生物群落多样性的影响

【背景】生物阴极微生物燃料电池因其构造成本低和阴极可持续性发展的优点而成为一种很有前途的废水处理系统,但阴极微生物的氧化还原性能限制了其在实际应用中的推广。【目的】为了提高生物阴极的性能,需要深入了解影响阴极氧化还原性能的微生物群落。【方法】利用16S rRNA基因高通量测序技术分析对比原始接种污泥样品和驯化后阴极电极上生物膜样品多样性及结构变化。【结果】测序结果表明,原始接种污泥样品与驯化后阴极电极生物膜样品中微生物群落种类和结构存在显著差异,驯化后阴极电极生物膜样品中变形菌门(Proteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)和特吕珀菌属(Trueperaceae)相对丰度比例高于原始污泥样品,成为优势菌群。【结论】驯化对系统阴极电极生物膜群落影响显著,随着产电量的输出,优势菌群不断富集,最终形成一个适应该实验环境下的新的微生物群落。对优势菌群结构和变化进行探讨,为生物阴极的研究补充更多生物学方面的理论基础。     

不同成熟度煤样产甲烷潜力

摘要:【目的】评估不同类型煤炭生物降解转化为甲烷的潜力,研究原位煤层的微生物群落结构特征。【方法】分别在原位模拟、补加烃降解产甲烷菌系和补加碳源下厌氧培养煤样,利用气相色谱监测甲烷产生趋势,及高通量测序技术研究原位煤层的细菌和古菌群落。【结果】10个样品中有3个高成熟度煤样可以被厌氧降解转化为甲烷。通过生物强化和添加外源底物可以促进HF煤样的产甲烷潜力。其中SL 煤样中的古菌类群主要是氢营养型产甲烷菌Methanoculleus和乙酸营养型产甲烷菌Methanosaeta为主,细菌类群主要 属于Firmicutes(54.4%)、Proteobacteria(30.9%)、未培养微生物(10.8%)、Caldiserica(1.5%)及Thermotogae(1.3%)。【结论】不同成熟度煤样降解产气潜力不同,在部分原位煤层中可能存在参与烃降解与甲烷产生的功能菌。     

好氧-厌氧混合污泥启动微生物燃料电池产电性能及微生物群落动态特征

【目的】为探讨好氧-厌氧混合污泥启动微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)产电性能以及MFC对微生物群落的选择作用,【方法】以乳酸为底物,应用不依赖于培养的微生物分子生物学技术解析单室MFC启动过程中微生物群落的组成和结构动态学特征。【结果】结果表明,MFC经过3个周期启动成功,最高输出电压230 m V。当MFC外电阻为1656Ω时,最大功率密度11.15 W/m3,电池运行稳定。混合污泥启动MFC以后,阳极生物膜微生物群落结构同种泥差异较大,且多样性降低。生物膜中微生物类群按丰度依次为β-变形菌纲(Betaproteobacteria)24.90%、拟杆菌门(Bacteroidetes)21.30%、厚壁菌门(Firmicutes)9.70%、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)8.50%、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)7.90%、绿弯菌门(Chloroflexi)4.20%以及α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)3.60%。有利于生物膜形成与稳定的动胶菌属(Zoogloea)和不动杆菌属(Acinetobacter)序列丰度分别占生物膜群落的5.00%和3.90%,与MFC产电能力直接相关的地杆菌属(Geobacter)序列由混合污泥中的0.60%上升至阳极生物膜中的2.60%。【结论】本研究表明,MFC阳极生物膜在驯化过程中对污泥中的微生物进行淘汰和选择,最终驯化形成了有利于生物膜形成与稳定、有机物厌氧发酵与产电的微生物菌群。     

最新专利文摘

CN101875962A一种生物电化学技术筛选高效产甲烷菌群的方法本发明涉及一种生物电化学技术筛选高效产甲烷菌的方法。该方法由厌氧部分和电化学部分两部分组成,通过生物电化学作用从剩余活性污泥、厌氧污泥或河道底泥中筛选高效产甲烷菌(群)。该操作方法将接种物置于厌氧发酵罐中,在发酵罐中加入阴阳两电极,并向两极上输入0.1~2.0 V的直流电,向发酵罐     

厌氧消化污泥微生物组研究方法及应用

污泥厌氧消化是在消化污泥微生物组的协调下将剩余污泥中有机物转化为甲烷的微生物过程。与传统厌氧消化过程不同,污泥厌氧消化系统的进料底物为含有大量微生物细胞及胞外多聚物等复杂大分子有机物的剩余污泥。因此,厌氧消化污泥微生物组的种群组成、功能及种群间互作关系等异常复杂,使厌氧消化污泥微生物组分析成为难点问题。但近年来高通量测序技术及生物信息学分析方法的快速发展为消化污泥微生物组研究提供了契机,并迅速推动了该研究领域的发展。本文从4个方面梳理、总结厌氧消化污泥微生物组的研究及应用现状:剩余活性污泥结构、组成及其厌氧消化;基于16SrRNA基因序列测序的微生物组研究;基于宏基因组及宏转录组分析的微生物组研究;厌氧消化污泥微生物组研究案例分析。最后我们提出了厌氧消化污泥微生物组研究亟待解决的关键科学问题。     

培养法和免培养法联合检测油藏环境烃降解菌和产甲烷菌群多样性

烃降解菌和产甲烷菌是油藏环境微生物生态系统中重要的功能菌群, 采用DGGE和FISH方法分析了不同油藏样品中两类菌群的多样性和产甲烷活性。DGGE结果表明, 不同水样的alkB基因多样性相差较大, 而且注水井条带明显多于采油井。FISH结果表明, 油藏水样中产甲烷菌含量明显高于烃降解菌, 且两者空间分布的位置较近; 说明油藏环境中烃降解菌和产甲烷菌结成一定的相互关系。富集培养表明, 胜利油田产出液接种物培养130 d后, 石油烃降解率达到50%以上, 产甲烷的最大速率达到1.57×10^?2 mmol/(L?d)。利用分子生物学方法分析油藏环境功能菌群的多样性, 可以为开展微生物采油技术的应用提供有用信息。     

芦岭煤田微生物群落结构和生物成因气的产甲烷类型研究

【目的】揭示芦岭煤田微生物群落组成,并分析其潜在的产甲烷类型及产甲烷途径。【方法】采集芦岭煤田的煤层气样品和产出水样品,分别分析样品的地球化学性质特征;利用Illumina HiSeq高通量测序技术分析产出水中的微生物群落结构;采用添加不同底物的厌氧培养实验进一步证实芦岭煤田生物成因气的产甲烷类型。【结果】该地区煤层气为生物成因和热成因的混合成因气;古菌16S rRNA基因分析表明在产出水中含有乙酸营养型、氢营养型和甲基营养型的产甲烷菌。丰度较高的细菌具有降解煤中芳香族和纤维素衍生化合物的潜力。厌氧富集培养结果表明,添加乙酸盐、甲酸盐、H2+CO2为底物的矿井水样均有明显的甲烷产生。【结论】芦岭煤田具有丰富的生物多样性,该地区同时存在三种产甲烷类型。本研究为利用微生物技术提高煤层气的采收率,实现煤层气的可持续开采提供科学依据。     

嗜酸产甲烷菌及其在厌氧处理中的应用

产甲烷菌在自然界碳素循环过程中发挥着重要作用.酸性泥炭沼泽环境中存在着多种未知的产甲烷古菌,其中嗜酸产甲烷菌因其特殊的生长代谢特征近年来引起学者的广泛关注.若将嗜酸产甲烷菌应用于高浓度有机废物或废水的厌氧消化过程中,可从本质上克服因酸积累造成的产甲烷抑制,减少运行成本,扩展厌氧消化处理技术的应用范围.本文综述了嗜酸产甲烷菌的富集分离培养方法、生理生化特性、代谢特征及相关分子生物学研究等内容,并对其在厌氧处理中的应用前景进行了分析和展望,提出了未来研究的方向.     

厌氧消化微生物氢代谢活性的研究I．产甲烷菌的“MV”氢化酶活性

本文介绍了产甲烷菌纯培养物H一13、CB—12及几种消化污汜中产甲烷菌的“MV”氢化酶话性。对利用H,,co,、甲酸、自然基质等不同营养类型的产甲烷菌的“MV”氢化酶活性进行了测定。试验结果表明,产甲烷菌的“MV”氢化酶活性与试样的产甲烷能力及产甲烷菌纯培养物的旅度呈现明显的正相关。研究中所使用的氢化酶分析方法不受底物浓度的影响。这些现象的揭示,对微生物厌氧消化的研究有着重要的意义。     

乡村沼气池污泥微生物多样性的研究

为了优化沼气池产气效率和开展污泥微生物多样性研究,通过对PCR-DGGE条件的优化,建立了农村户用沼气池污泥微生物16S r DNA V3区DGGE分析技术,通过DGGE技术分析了沼气池污泥中细菌和古细菌微生物多样性随沼气池深度的变化规律。同时通过构建污泥样品mcr A功能基因克隆文库,应用RFLP技术,开展了农村户用沼气池污泥样品中与次级代谢产物相关基因的功能基因多样性研究。结果显示,农村户用沼气池污泥中含有丰富的微生物资源,其中细菌群落受污泥深度因素影响小,而浅层污泥中古细菌群落与深层污泥中古菌群落却存在明显差异。所采集的沼气池污泥中含有较为丰富的产甲烷菌资源,其中可能存在类似功能或产生类似代谢物质的产甲烷菌。该结果为进一步优化群落结构、筛选功能基因提供了科学依据。     

含油污泥微生物处理技术研究

针对胜利油田现河采油厂和滨南采油厂联合站罐底污泥的含油污泥进行了微生物处理技术研究工作。主要是利用微生物分离含油污泥的油、泥和降解污泥中的污染物的性能,达到油泥分离和污染物降解的目的。经过了微生物的分离、筛选和诱导培养,选育到了合适的菌株,利用该菌株对含油污泥经厌氧处理后再进行好氧脱油实验,对污泥中脱出原油进行回收。结果表明：所选菌株可以使含油23000mg/kg的含油污泥在4h内脱油到。10100mg/kg,脱油率达到53．4％;微生物降解实验中,随着时间的延长,油去除率越高,降解效果越明显,当处理时间为60d处理后的污泥达到排放标准。     

微生物电解池耦合厌氧消化过程中产甲烷代谢通量与微生物的关系北大核心CSCD

为探究微生物电解池耦合厌氧消化(MEC-AD)产甲烷代谢通量与微生物的关系。实验以电压为扰动因子,采用代谢通量分析(MFA)的方法,得到微生物群落与产甲烷通量的响应关系。结果表明:电压扰动后产甲烷通量和产氢通量均发生显著变化,而电压扰动对产乙酸通量的影响较小,其中0.6 V扰动时产甲烷通量最大为0.522±0.051,较对照组1.0 V的0.295±0.013和1.4 V的0.395±0.029分别提高了77%和32%。另外,平均有15.7%±2.9%的H_(2)(通量)用于还原CO_(2)产甲烷和乙酸,平均有27.7%±6.9%的乙酸(通量)转化为CH_(4)。毛螺旋菌(Lachnospiraceae)的丰度对乙酸通量有显著影响,产CH_(4)通量与理研菌属(Petrimonas)、互营单胞菌属(Syntrophomonas)、拟杆菌属(Blvii28)、假单胞菌属(Acinetobacter)的丰度呈正相关,与梭菌属(Tuzzerella)、球形螺旋菌属(Sphaerochaeta)的丰度呈负相关。而影响产H2通量和产CH_(4)通量的物种具有相似性,多为拟杆菌、梭菌、假单胞菌和厚壁菌。此外,物种种间互作关系也是影响MEC-AD产甲烷通量的重要因素。     

生物电化学系统还原降解氯霉素

为了探讨低温(12±2℃)条件下还原降解硝基芳香类抗生素氯霉素,采用序批式生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES)阴极还原的方式(外加0.5 V电压),主要研究氯霉素在BES生物阴极与非生物阴极中的不同降解速率、代谢途径和氯霉素在电化学系统中被还原为胺类产物从而脱除细菌抗性.实验数据表明,BES反应器整体的欧姆内阻随着磷酸盐缓冲液浓度的增加而减小;当葡萄糖和污泥发酵液分别存在时,生物阴极24 h的氯霉素还原效率分别为(86.3±1.69)％和(74.1±1.44)％,而相同条件下的非生物阴极24 h氯霉素还原效率仅为(57.9±1.94)％.研究结果表明,生物电化学系统还原降解氯霉素使其失去生物抗性是可行的,并且在低温地区含氯霉素废水的处理过程中,生物阴极是极具潜力的一项处理工艺.     

添加厨余垃圾对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响

为提高剩余污泥厌氧消化的沼气产量和甲烷含量,研究了厨余垃圾的不同添加量对剩余污泥厌氧消化性能的影响。结果表明,在35℃下,随着剩余污泥中厨余垃圾添加量的增加,厌氧消化系统中碳氮质量比（C／N）、胞外多聚物（EPS）等生理生化指标均有不同程度的改善。其中当剩余污泥与厨余垃圾质量比为2：1时,混合有机废弃物中沼气产量和甲烷含量均达到最大值,每克挥发性固体（VS）产生了156．56mL沼气,甲烷体积分数为67．52％,分别比剩余污泥单独厌氧消化时的产气量提高了5倍和1．5倍。