厌氧消化的胞内代谢通量与关键节点特征分析

文章依据厌氧消化1号模型建立便于实施代谢通量分析的代谢网络,以pH为扰动因子,研究不同pH值下厌氧消化(AD)过程中各代谢途径通量的分布信息,明确了AD胞内代谢的主要途径和关键节点的刚柔性。结果显示,糖代谢阶段经过EMP途径的6-磷酸葡萄糖通量约为95.14%,表明EMP途径在AD糖代谢中占主导。在丙酮酸代谢过程中,主要的代谢途径为86.53%的丙酮酸代谢为乙酰CoA,再由54.66%的乙酰CoA代谢为乙酸。在产甲烷阶段,66.63%的甲烷来源于乙酸,其余由氢还原CO_(2)形成,乙酸转换为AD主要的产甲烷途径。同时根据不同pH条件下,关键节点上通量分配比的变化特征可知,6-磷酸葡萄糖、乙酰CoA和乙酸为AD过程中的柔性节点,丙酮酸为刚性节点,可以针对柔性节点实施调控,以达到提高AD处理效率的目的。

初始pH值对MEC阳极膜的产氢性能和微生物群落的影响

实验采用单池微生物电解池(MEC)研究不同初始pH值(5,7,9)下形成的MEC阳极膜的产氢性能及微生物群落的变化。结果表明:在阳极膜形成过程中,各实验组的电流值和氢含量表现出正相关关系。pH值为7左右时的实验组有最佳的氢气产率(1.52 mol H2·mol^-1-G)和最大的氧化峰值电流(35.41mA),产氢效能高的反应器中电活性微生物优势较大。16SrDNA测序结果显示不同pH下形成的阳极膜的OTUs数分别为781、1156和953,pH为5和9下形成的阳极膜微生物多样性及微生物量较低。此外,MEC阳极膜上的占主导地位的产电菌均以Clostridium和Geobacter为主,但pH值为7左右时形成的阳极膜微生多样性、优势菌及生物量都最为丰富。

资深教练对培养新教练的结构化指导课程的评价:基于自我决定理论的个案研究(英文)

探讨资深教练对一个旨在推动和促进新篮球教练员培训质量的结构化指导课程的评价为目的。12名资深教练(其中1名女性教练)受邀参与了本研究,采用自我决定理论设计培养教练员的训练课程项目,采用关注性小组访谈作为资料收集法,让资深教练针对应用自我决定理论的训练课程提出意见。结果显示,此训练课程提供学员一个独特而积极的学习经验。教练员认为,可以通过这个课程获得教练知识并促进技能。本研究结果为今后推广有效的教练培训框架,以及结构化的辅导计划,提高新教练员学习专业知识和提高培训质量提供了新方向。

电解电压对电化学厌氧消化的影响

该文采用批量发酵实验,以厌氧活性污泥为接种物,乙酸为碳源,研究了不同电解电压对电化学厌氧消化(EAD)产甲烷性能的影响。结果表明,在电解电压为1.0 V时,CH_(4)含量可达85.3%,相比对照组提高了14.4%,而CO_(2)含量可低至10%,相比对照组降低了7%。与对照组相比,实验组(0.2~1.6 V)的理论甲烷转化率和比产甲烷速率均有不同程度的提高,且在0.4~1.4 V电压区间的提高程度较大。通过电化学特性和微生物分析发现,当电解电压超过0.4 V时,EAD回路中才会有电流形成,这可能是EAD阳极表面电活性微生物附着生长且与电极进行电子传递的结果。此外,EAD阳极膜生物量越高,其电化学活性也越强,回路中的电流也就越大,相应的产甲烷转化率和比产甲烷速率也越高。

温度对MEC阳极膜形成及胞外聚合物的影响

温度是影响微生物活性和优势菌种以及反应器性能的重要参数之一。实验采用单池微生物电解池(MECs),以厌氧活性污泥为接种物,葡萄糖为碳源,在不同温度条件下培养运行微生物电解池阳极生物膜。实验结果表明:在25℃、30℃、35℃和45℃的培养温度下最大电流密度分别达到2.04A/m^2、7.75A/m^2、12.27A/m^2和2.5A/m^2。阳极生物膜电化学活性和氢气产率变化趋势与MECs电流密度相类似,均表现出在一定温度范围内升高温度有利于阳极膜电化学活性与阳极膜氢气产率。进一步分析阳极膜生物量与胞外聚合物(EPS)成分结果表明:一定温度范围内升高温度有利于阳极膜生物量的提高,大量的阳极附着细菌可以产生更高的电流密度与EPS含量,阳极膜EPS中蛋白质成分明显高于多糖,并且蛋白质含量随产电密度增高而增大。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析证实了生物膜EPS中存在蛋白质和碳水化合物。

底物浓度和水力滞留时间对电化学厌氧消化的影响

采用电化学厌氧消化(EAD)连续发酵工艺,以乙酸钠为底物,在温度为35℃、pH为中性的条件下,考察底物质量浓度和水力滞留时间对电化学厌氧消化的影响,分析了不同条件下的产气量、气体含量、底物利用率及产甲烷转化率。结果表明,当底物质量浓度从15 g/L增加到25 g/L时,甲烷体积分数先增加后减少,甲烷产率一直降低,导致电化学厌氧消化的降解效果降低。延长水力滞留时间能提高电化学厌氧消化的效果,促进底物在反应体系内的充分氧化分解,提高甲烷产率,但反应器运行效率会减小。

电压和电流对连续电化学厌氧消化的影响

电解电压和电流是连续电化学厌氧消化的重要电化学参数,通过影响厌氧消化电活性微生物活性进而影响电化学厌氧消化。研究改变电压和电流,在35℃下运行连续电化学厌氧消化(EAD),分析了不同条件下的产气量、组分含量、底物消耗率及甲烷产率。结果表明,电压的提高有利于EAD体系内电活性微生物的生长进而促进产生电流,4.0 V时EAD产甲烷最高,电活性微生物活性最强与甲烷产率最佳;当电压继续升高至5.0 V与6.0 V,电压过高抑制反应体系类电活性微生物活性,甲烷产率下降。增加电流运行的EAD均有较高的底物消耗率和较高的甲烷产率。

电化学参数影响下微生物电解池阳极膜上电活性微生物群落的变化

近些年来,微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC)在产氢方面的应用深受关注。但是,作为MEC的生物催化剂,电活性微生物的群落与功能尚未阐述清楚。因此,本实验通过电化学测量和16S rRNA测序等技术,检测了不同电化学参数下MEC产氢产电的情况,并分析了阳极生物膜上电活性微生物的种群结构。电化学结果显示,在其他参数一致的情况下,单独设置电解电压为1.0 V、电极距离为1.5cm、并联电源数为3个的情况下,其对应的MEC所形成的阳极膜产氢潜力最大,分别是5.35、5.56和5.68 mol/(mol-G)(G,葡萄糖)。微生物种群结构显示,不同电化学参数下阳极膜富集的电活性微生物多样性与种群结构不同,其中,MEC性能较好的实验组中所形成的阳极生物膜上土杆菌属(Geobacter)和梭菌属(Clostridium)的丰度相对较高,但对应的阳极微生物多样性并非最为丰富。综上所述,不同电化学参数对电活性微生物相对丰度的影响,更可能是导致MEC产氢能力不同的因素。

电化学厌氧消化的研究进展

电化学厌氧消化(EAD)是一项利用微生物电解池(MEC)促进厌氧消化(AD)的新技术,同时也是一项解决全球变暖和能源危机的绿色可持续发展技术;通过近年的研究发现,EAD技术不仅可以显著提高有机物的降解率和能源的回收率,还能大幅度提高沼气中CH4含量,并降低CO2含量,这已然成为AD领域的研究热点;然而,该技术的发展目前仍处于起步阶段,材料昂贵、工程化和规模化应用困难等问题对其实际应用提出了各方面的挑战;因此,本文对EAD技术在近年来的发展现状,及其在实验室和实际工程运行中的影响因素做了全面的总结,同时,指出了当前开发实用的EAD系统所面临的挑战,最后,对该技术在未来的研究和应用方向方面作出了展望。

接种量对MEC阳极膜形成及胞外聚合物的影响

本文采用单池微生物电解池(MEC)反应器,以活性污泥为接种物,葡萄糖为底物,研究了不同接种量对MEC阳极膜形成及胞外聚合物的影响。实验研究显示:10%、20%、30%和40%接种量下最大电流密度为0.315A·m^-2、5.94A·m^-2、12.28A·m^-2和0.64A·m^-2。表明,一定范围内增加接种量能提高阳极膜产电能力,接种量过多(达到40%)阳极膜产电能力反而下降。阳极生物膜电化学活性和氢气产率与MEC电流密度变化趋同,一定范围内增加接种量有利于提高阳极生物膜电化学活性和阳极膜氢气产率。进一步分析阳极膜生物量与胞外聚合物(EPS)成分结果表明:增加接种量有利于阳极膜生物量提高,大量的阳极附着细菌可以产生更高的电流密度和EPS含量,阳极膜EPS中蛋白质含量明显高于多糖,且随着蛋白质含量增加,产电密度也增大。