一株产电菌的产电性能及低温沼气发酵过程微生物群落特征

在利用牛粪和小麦秸秆为原料,采用实验室模拟低温生产沼气试验进行低温沼气发酵过程中,筛选到1株产电菌H11,鉴定为Shewanella属。该菌在自制人工双室微生物燃料电池中具有良好的产电性能,产电功率密度最高可达13.88mW·m^(-2)。基因组解析发现了286个与产电相关的基因,分布在与电子转移、细胞色素C相关蛋白和NADH脱氢酶等16个基因家族。为了探究低温沼气发酵过程中的微生物群落特征,在发酵不同阶段采集微生物样品,利用分子生物学方法和传统微生物培养法,随着发酵进程的推进,微生物群落在门水平上广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota)、泉古菌门(Miscellaneous Crenarchaeota Group)占绝对优势。而在属水平上的优势菌群为甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)、甲烷囊菌属(Methanoculleus),相对丰度分别达到30.1%、17.3%、9.68%,且Methanoculleus的优势一直持续至发酵的第120天。优势菌群相关性分析表明,随着低温沼气发酵进程的推进,优势菌群由细菌向古菌演变且二者之间具有紧密的互营关系。

寒区畜禽粪污高浓度沼气发酵系统研究

针对寒冷地区畜禽规模化养殖粪污处理问题,研制出了一种寒区畜禽粪污高浓度沼气发酵系统。该系统具有沼气产率高,冬季运行稳定、耗能低,畜禽粪污处理效果好,处理过程环保,无臭味外排,无固体、液体污染的优点。采用太阳能加热,冬季发酵物料温度保持在35~45℃,平均容积产气率达到1.49m 3·m-3·d-1,沼气甲烷含量60%~65%,产气率高,质量好。产物沼气用于烧菜、供暖,清洁环保;沼渣用于有机蔬菜生产,绿色安全,品质好;沼液用于农田肥料,提高产量。

不同黄贮处理对玉米秸秆沼气发酵影响研究

针对秸秆收获的季节性与沼气发酵全年均衡性间的矛盾,同时考虑秸秆难降解问题,采用添加复合微生物菌剂以及调节含水率两种方法,研究不同黄贮处理对玉米秸秆沼气发酵的影响。结果表明,添加菌剂可以加速黄贮玉米秸秆酸化过程,菌剂添加浓度为0.5‰时更有利于玉米秸秆的长期黄贮保存,使玉米秸秆在黄贮6个月后的产沼气潜力相对黄贮前提升4.7%~8.6%。在50%~70%的含水率范围内,含水率越低,玉米秸秆黄贮品质越好。更为重要的是,相对于添加菌剂,控制较低的含水率可能更有利于以沼气化利用为目的的玉米秸秆长期黄贮。当含水率为50%时,玉米秸秆黄贮6个月后的产沼气潜力相对黄贮前提升29.2%。

低温沼气发酵促进剂的研究

通过低温野生菌群和低温厌氧颗粒污泥菌群筛选,及其后续的互补复合优化,选育出了低温沼气发酵功能菌群。沼气发酵实验结果表明,该菌群采用后最高日产气量均明显高于单独采用野生菌群和厌氧颗粒污泥菌群,具有显著改善低温沼气发酵性能。以此为基础研制的低温沼气发酵促进剂,在13℃下可使产气率平均提高46.6%,10℃下产气率平均提高41.1%。沼气池试验中,低温沼气发酵促进剂可显著提高沼气的甲烷含量,可使甲烷含量平均提高24%。

牛粪、鸡粪和稻秆混合的沼气发酵特性与工艺优化

采用可控恒温厌氧发酵装置,选用牛粪、鸡粪、稻秆3种原料,按干物质比例0∶2∶1、0.4∶1.6∶1、0.8∶1.2∶1、1.2∶0.8∶1、1.6∶0.4∶1、2∶0∶1混合,研究了各配比在15℃、20℃、25℃、30℃下的厌氧发酵情况。结果表明:随温度升高,各配比产气速率和累积产气量均增大,15℃下发酵周期最长,其他温度对发酵周期影响无显著差异;不同配比下,累积产气量均呈先增大后减小的趋势,牛粪、鸡粪、稻秆3种原料混合的发酵效果显著好于牛粪与稻秆、鸡粪与稻秆2种原料混合的发酵效果,但配比对发酵周期无显著影响。通过模型预测,得到最优工艺组合,在发酵温度为30℃,牛粪、鸡粪与稻秆配比为1.22∶0.78∶1时,可获得最大累积产气量为28 308.7 mL。

沼气发酵残留物防治农作物病虫害的效果分析

沼气发酵残留物已对农田普遍发生的近 30种病害具有防治作用 ,至少有 2 0多种病害的防治效果达到或超过了现行使用的农药效果 ;在虫害方面 ,沼气发酵残留物对 19种虫害取得明显的防治效果。利用沼气发酵残留物既可防治作物病虫害 ,而且还起到较好的肥效作用 ,是发展绿色农业、避免农药污染的理想方法。在抑制病原菌的研究方面 ,沼气发酵残留物对大肠杆菌、副伤寒杆菌和猪丹毒杆菌等致病菌有显著抑制作用 ,对十株青霉和曲霉有不同的抑制效果 ,对 17种农作物病原菌有不同程度的抑制作用。长期使用沼气发酵残留物这种“农药”,不会对环境带来污染 ,也不会产生病虫害的抗性等问题。

NaOH固态化学预处理对麦秸沼气发酵效率的影响研究

采用NaOH对麦秸进行固态化学预处理以提高麦秸的厌氧消化效率和产气量,并对不同负荷率下麦秸的产气情况进行了试验研究。结果表明,经4%～10%(以麦秸干重计)NaOH预处理过的麦秸的总产气量、单位TS产气量、TS和VS去除率显著提高,厌氧消化时间最大可缩短22d。其中,经6%NaOH预处理后的麦秸在65g·L-1负荷率下的单位TS产气量最高,为380.9mL·g-1,与未处理麦秸相比,提高了49.9%,厌氧消化时间缩短了19d。说明NaOH固态化学预处理是一种提高麦秸厌氧消化效率和产气量的有效方法。

沼气发酵残余物应用于金丝小枣栽培的初步研究

通过田间试验比较了沼气发酵残余物(沼渣和沼液)和化肥对金丝小枣部分形态特征、土壤肥力和果实品质等的影响.结果表明,施用沼渣和沼液能显著增强植株和枣果抗病、抗逆能力;改良土壤肥力状况,有机碳、总氮和矿质氮分别比化肥组对照高42.65%、37.61%和35.26%;降低土壤碱度,土壤pH值由8.75下降到8.21;增加土壤微生物量,微生物碳和氮量分别比对照高59.44%和56.06%;提高果实品质,其中粗纤维、维生素C、总氨基酸、微量元素铁和磷的含量分别比对照高27.69%、24.85%、19.81%、10.89%和5.26%.表明将沼气发酵残余物应用于金丝小枣栽培能给枣农带来良好的经济收益和环境效益,为金丝小枣的无公害生产提供了新思路.

好氧预处理对干法沼气发酵产气量的影响及能量损失

研究好氧发酵预处理对干法沼气发酵产气效果的影响及能量损失情况,是以好氧发酵升温为预处理方式的干法沼气工程经济运行的重要依据。该文采用恒温沼气发酵装置,以牛粪及少量混合秸秆粉作为发酵原料,研究了不同好氧发酵预处理条件下,干法沼气发酵的产气效果并对其能量损失情况进行了分析探讨。结果表明:以牛粪为主要发酵原料时,好氧预处理对物料干法沼气发酵的产气量有较明显影响,随着好氧发酵时间增加和温度提高,总产气量减少,能量损失增大;好氧发酵预处理温度与沼气发酵温度相同(均为35℃)时,能量损失较少,好氧发酵升温法合理;好氧发酵预处理温度(55℃)显著高于沼气发酵温度,好氧发酵升温法会带来较大能量损失。因此,在对覆膜槽生物反应器操作时,应准确把握好氧发酵的时间和温度,一旦达到所需温度,应立即转入沼气发酵,以提高沼气产量,减少能量损失。

羊粪沼气发酵产气潜力的试验研究

在平均室温22.9℃的条件下,以羊粪为原料,进行批量发酵产沼气的试验研究。结果表明,在料液TS浓度为8.65%时,羊粪发酵产沼气潜力为214.47 ml/g。

沼气发酵残余物对减少叶菜硝酸盐积累的影响研究

利用沼气发酵残余物(沼液、沼渣,以下简称沼肥)生产低硝酸盐蔬菜的可行性试验表明,与化肥相比,适量沼肥或沼肥与化肥配合施用,均可明显减少蔬菜体内硝酸盐的积累,等N量的全沼肥较沼肥与化肥配合施用控制效果更好。油菜喷施沼液比灌施降低硝酸盐含量,而菠菜喷施沼液反而比灌施提高硝酸盐含量。相同施肥量下油菜体内硝酸盐含量上等肥力土壤明显高于低等肥力土壤;沼肥或沼肥与化肥配施在高肥力土壤上减少硝酸盐积累的作用比低肥力土壤更明显。施用沼肥对减少大棚油菜积累硝酸盐的作用更明显,而对菠菜作用反之,露地菠菜减少硝酸盐积累的作用明显。

磺胺二甲嘧啶对沼气发酵过程中酶活性和微生物群落功能多样性的影响

随着畜禽养殖业的发展,兽用抗生素作为饲料添加剂被广泛应用于畜禽养殖,以促进畜禽生长和防病,导致畜禽粪便和抗生素污染总量增加。为了探讨抗生素对沼气发酵过程的影响,以猪粪和玉米秸秆为原料,研究磺胺二甲嘧啶(SMZ)对沼气发酵过程中脲酶、脱氢酶以及微生物群落代谢的影响。结果表明,在沼气发酵初期(3~6 d),20 mg·kg^(-1)SMZ和60 mg·kg^(-1)SMZ处理(T1、T2处理)对脲酶活性有激活作用,随着发酵时间的延长,SMZ对脲酶活性由促进变为抑制作用。120 mg·kg-1SMZ处理(T3处理)对脱氢酶活性表现为先抑制后促进作用。采用Biolog方法分析SMZ对沼气发酵过程中微生物群落功能多样性的影响,结果表明,T2和T3处理对平均颜色变化率(AWCD)具有先抑制后促进作用。对Shannon指数和Simpson指数分析表明,在沼气发酵的启动期(第6天),SMZ能够显著降低微生物群落的功能多样性和物种丰富度;随着沼气发酵时间的延长,在沼气发酵产气下降期(第35天),SMZ增加了微生物群落的功能多样性和物种丰富度。可见,SMZ对猪粪沼气发酵过程中水解酶活性和微生物群落功能多样性的影响较大,在沼气发酵不同时期,SMZ对水解酶活性和微生物群落多样性的影响也不同。

沼气发酵过程混合搅拌研究进展

在沼气工程中设置混合搅拌装置,可以提高反应的传质效率,加快产沼气过程的进行,而混合搅拌装置的电耗占整个沼气工程电耗的很大部分,这成为混合搅拌装置深入推广的主要限制因素。本文对国内外沼气发酵混合搅拌过程中搅拌方式和搅拌模式的研究现状进行综述。

沼气发酵外源添加物的研究进展

本文综述了国内外关于利用沼气发酵外源添加物以提高沼气产量的研究现状,并对其应用和研究前景作了展望。

沼气发酵残留物对红富士苹果园土壤酶活性的影响

对干旱地区的红富士苹果园土壤中施沼肥定位试验施肥后收获期土壤主要土壤酶种类及活性进行分析结果表明:施沼肥土壤中主要存在脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶等4种土壤酶,它们的酶活性存在差异,施工程沼肥果园中除蔗糖酶外其余酶活性均高于施户用沼肥果园。对土壤酶和土壤养分进行相关分析、通径分析、主成分分析结果表明,施户用沼肥果园的脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶和施工程沼肥果园的蔗糖酶都可以作为土壤肥力的指标,且酶活性大小受到土壤化学性质和其它酶活性影响。土壤主成分分析能较为客观地评价土壤肥力水平。

沼气发酵监控系统的发展现状与趋势

简述了基于单片计算机、工业控制计算机、PLC、集散控制系统和现场总线技术开发的5种沼气发酵监控系统。沼气发酵监控系统不仅要实现对沼气发酵过程进行实时监控,降低劳动强度,提高自动化生产水平,同时还要能够实现智能补料和远程控制,构成监控网络,通过物联网技术,能及时发现问题,并能准确地诊断出发生问题的原因和地点,将沼气工程逐渐由以人力为中心的孤立的生产模式转向以信息和软件为中心的网络化生产模式。

农作物秸秆沼气发酵与直接利用效益比较

通过对农作物秸秆沼气发酵与直接利用效益比较，得出沼气发酵与直接燃烧比较，提高了能量的转换和利用效率，秸秆沼气发酵比直接燃烧能量利用效率提高0．2—0．9倍。沼肥还田使农作物秸秆中的营养元素得到充分利用，减少了化肥的使用量，改善了农业生态系统内部的物质循环状况。对天津市武清区、唐山市丰润区两地所取土壤样品的检测结果表明，长期施用沼肥的土壤有机质含量为2．17％，全氮量0．08％，密度1．189g·cm^-1，孔隙度55％，和施用无机肥的土壤相比，有机质、全氮、孔隙度分别增加0．8％，0．018％，6．3％，密度则下降0．199g·cm^3。另外，常年施用沼肥的土壤中，土壤酶活性增强，土壤理化性状改善。总之，农作物秸秆沼气发酵，无论在能量利用、物质循环还是对生态环境的影响方面都比秸秆直接还田的效益显著。

沼气发酵液对烟草赤星菌的抑制研究

用不同浓度和不同温度的沼液对烟草赤星菌作抑菌实验研究,结果表明,即使是10%的沼液对烟草赤星菌也有明显的抑制效果;经巴氏灭菌、煮沸、灭菌后的沼液对烟草赤星菌也有一定的抑制作用,但抑菌趋势表现为温度越高抑菌效果越差。通过对沼液与特效农药菌核净(纹枯利)的比较发现,沼液的抑菌效果,与浓度为1∶500的菌核净的抑菌效果相当,且抑制效果更加稳定和持久。

户用钢制辅热式沼气发酵系统试验研究

HS01型户用钢制辅热式沼气发酵系统是一种新型高效全天候的沼气发酵装置,其中的燃煤沼气联合辅助加热装置解决了我国北方地区冬季户用沼气难以正常发酵的问题,可使其全天候高效生产沼气.通过试验研究了影响HS01型户用钢制辅热式沼气发酵系统运行的主要因素,结果表明当温度30～35℃、总固体浓度10%、投料时间间隔9d时处于最优运行工艺条件,池容产气率高达0.7658 m3·m-3d-1,并且HS01型户用钢制辅热式沼气发酵系统的益本比为2.319,净现值(NPV)为2644.17元,内部收益率(FIRR)为54.69%,动态投资回收期2.062a,具有较好的经济可行性和显著的社会环境效益,符合我国国情,适合于在我国北方地区广大农村应用.

液体粪便沼气发酵微生物生理群的动态情况分析

为掌握规模养殖场液体粪便沼气池内微生物生理群随发酵进程的动态情况,筛选高效的产甲烷复合菌系和规模养殖场沼气工程优化提供科学依据,2008年9月～2009年11月在成都市双流县5个养猪场配套的粪便无害化处理沼气工程的沼气池进行采样,研究沼气发酵过程的微生物总数及微生物生理群的动态变化.结果显示,不同时期沼气池内微生物总数变化不显著,温度对微生物总数量影响也不是很显著,但微生物生理群的种类和数量变化会较大,发酵初期微生物生理群数量较少,中期数量增长很快,在产气稳定期,微生物生理群在沼气发酵池不同位置有垂直分布差异.