酸、碱预处理对泥炭产甲烷影响

泥炭甲烷转化存在甲烷产量低的问题,为促进泥炭生物甲烷转化,探索酸、碱预处理对泥炭产甲烷的影响,先对草本泥炭进行酸、碱预处理,然后进行生物甲烷发酵,解析酸、碱预处理对泥炭甲烷发酵日产气量、总产气量、腐植酸、乙酸、葡萄糖、pH的影响。结果表明,酸预处理泥炭组第5天日产气量最高达8.71 mL/g(以泥炭的挥发性固体含量计,下同),比酸预处理泥炭对照组增加193.27%,碱预处理泥炭组第5天日产气量最高达3.67 mL/g,比碱预处理泥炭对照组峰值增加83.5%;酸预处理泥炭组总产气量达41.95 mL/g,比酸预处理泥炭对照组提高90.68%,碱预处理泥炭组总产气量为44.27 mL/g,比碱预处理泥炭对照组提高61.28%;酸、碱预处理均有利于促进泥炭甲烷发酵,其中碱预处理对泥炭产生物甲烷促进效果更显著,能显著提高泥炭生物甲烷产量。

稀土元素对褐煤发酵产甲烷的影响

为探索稀土元素对褐煤生物甲烷发酵过程的影响,解决褐煤生物转化甲烷产率低的问题,提高甲烷产量,以内蒙古平庄褐煤为原料,在褐煤发酵系统中分别添加不同质量浓度的稀土元素LaCl 3和NdCl 3,解析稀土元素对褐煤生物甲烷发酵过程中日产气量、总产气量、pH值、脱氢酶活性和乙酸质量浓度的影响。结果表明:在50℃发酵温度下,厌氧发酵27 d,添加1000 mg/L LaCl 3发酵组的总产气量为23.81 mL/g,比空白组的总产气量增加了48.1%,且第10天日产气量高达2.70 mL/g,第9天脱氢酶活性峰值为399.8μgTPF/(h·mL);添加100 mg/L NdCl 3发酵组的总产气量为17.80 mL/g,相比空白组的总产气量增加了10.7%,第9天日产气量高达2.25 mL/g,脱氢酶活性也在第9天达到峰值,为134.9μgTPF/(h·mL),揭示在褐煤生物甲烷发酵体系中添加LaCl 3和NdCl 3有助于提高体系中产甲烷微生物的活性,延长产气高峰期,增加甲烷产量,促进褐煤生物甲烷转化进程。

超微粉碎泥炭发酵产生物甲烷的研究

采用超微粉碎对泥炭进行预处理,研究了超微粉碎泥炭的粒度分布,测定了泥炭发酵产生物甲烷过程中的日产气量、总产气量及发酵体系的pH值、还原糖含量和挥发性脂肪酸含量,研究了超微粉碎预处理对泥炭发酵产生物甲烷的影响;并采用透射电镜分析了发酵前后超微粉碎泥炭的形貌,解析了超微粉碎对泥炭发酵产生物甲烷的影响机理。结果表明:超微粉碎泥炭发酵总产气量为805.7 mL,较200目泥炭发酵总产气量(579.7 mL)提高了38.98%;超微粉碎泥炭产生物甲烷的发酵周期为48 d,比200目泥炭的发酵周期延长了13 d,提高了总产气量。超微粉碎能够提高泥炭有机质的生物可降解性,提高泥炭生物甲烷产量,延长泥炭发酵周期。

预处理对泥炭孔结构的影响

以草本泥炭为原料,进行酸、碱、超声波和微波预处理,然后生物发酵产生甲烷,对预处理及生物发酵产生甲烷前后的泥炭进行N_(2)-吸附孔结构测定和SEM测定。结果表明:碱预处理泥炭甲烷产气量最高为44.73 mL/g(原料挥发性固体质量),与未预处理组相比增加200.20%;碱、酸、超声波和微波预处理后泥炭的比表面积和总孔容增加,平均孔径减小,其中碱预处理泥炭比表面积达4.43 m^(2)/g,总孔容为0.0162 m^(3)/g,平均孔径为14.64 nm;预处理泥炭生物发酵产生甲烷后,比表面积和总孔容减小,平均孔径增大,其中,碱预处理泥炭比表面积降为2.02 m^(2)/g,总孔容减小为0.0123 m^(3)/g,平均孔径增加至24.20 nm;酸、碱、超声波和微波预处理会对泥炭物理结构中的孔结构产生影响,提高甲烷产量,促进泥炭生物甲烷转化。

苯甲醛对泥炭产生物甲烷的影响研究

为改善泥炭生物转化甲烷产率低的现状,探索腐植酸降解产物苯甲醛对泥炭生物甲烷化的影响。以草本泥炭为原料,从其主要成分化学腐植酸的降解产物出发,在泥炭生物甲烷发酵体系中添加不同浓度苯甲醛,解析苯甲醛对日产气量、总产气量、辅酶F420、COD、碱度和苯甲醛浓度的影响。结果表明,在50℃发酵温度下厌氧发酵30 d,对照组总产气量为381.8 m L,添加28.27 mmol/L苯甲醛泥炭发酵组总产气量达805.9 m L,与对照组相比增加了111.09%;日产气量最高达到162.8 m L,比同期对照组高152 m L;COD去除率达46.5%,比对照组提高了28.3%。添加腐植酸降解产物苯甲醛有利于促进泥炭甲烷发酵体系有机物降解,促进泥炭生物甲烷转化。

泥炭发酵产甲烷过程中古菌群落结构演替

以草本泥炭为原料进行厌氧发酵,利用多聚酶链式反应(PCR)-变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对泥炭发酵产甲烷过程中古菌群落结构特征进行分析。结果表明,泥炭发酵产甲烷过程中古菌菌群均属于广古菌门(Euryarchaeota),包括甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷绳菌属(Methanolinea)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)和甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter),其中甲烷鬃菌属为优势菌属;随着泥炭发酵产甲烷的进行,甲烷鬃菌属的相对丰度最高,维持在36.37%~50.00%之间,甲烷绳菌属和甲烷杆菌属的相对丰度分别升至30.00%和20.00%,而甲烷短杆菌属的相对丰度逐渐降低,发酵末期仅为10.00%;泥炭发酵产甲烷途径主要为乙酸营养代谢类型,同时伴随氢营养代谢类型,不同于以秸秆、牛粪、鸡粪、褐煤为原料的产甲烷途径。该研究表明泥炭发酵产甲烷过程中存在丰富的古菌菌群,不同发酵时期的古菌群落结构发生演替,为促进泥炭生物转化提供了新思路。

大孔聚合物层析介质孔结构对蛋白载量的影响

分别以甲基丙烯酸缩水甘油酯和乙二醇二甲基丙烯酸酯作为功能单体和交联剂,采用悬浮聚合方法制备了大孔聚合物微球.考察了致孔剂组成对微球的孔径、比表面积的影响,并用聚乙烯亚胺将微球衍生为阴离子交换层析介质,考察了微球结构与蛋白载量之间的关系.结果表明,微球孔径尺寸随着致孔剂中不良溶剂用量[V(良溶剂)/V(不良溶剂)=1∶1～1∶3. 5]的增加而增大,而比表面积则呈相反趋势.离子交换容量(0. 11～0. 27 mmol/m L)与比表面积(4～38 m2/g)呈正相关,对应的蛋白静态结合载量亦呈正比关系.在所考察的孔径范围(301～1524 nm)内,蛋白动态结合载量先减少后保持稳定,即当孔径超过410 nm后,蛋白动态载量值保持在13 mg/m L不变,表明介质孔径超过此数值后蛋白载量不再受介质的比表面积影响.此外,以乙肝病毒表面抗原分子(HBs Ag,22 nm)为探针分子,利用激光共聚焦显微镜观察了该分子在微球内部的分布,结果表明,在该孔径考察范围内,HBs Ag均能完全扩散至微球内部.

稀土化合物对泥炭产甲烷的促进作用

为改善泥炭生物转化甲烷产率低的现状,提高甲烷产量,探索稀土化合物对泥炭生物甲烷转化过程的影响;以草本泥炭为原料,通过添加不同浓度的稀土化合物CeCl_(3)和YbCl_(3)的方法,解析稀土化合物对日产气量、总产气量、碱度、辅酶F_(420)浓度、COD和葡萄糖浓度的影响。研究结果表明:在50℃发酵温度下,厌氧发酵24 d,添加200 mg·L^(-1) CeCl_(3)泥炭发酵组总产气量为246.33 mL,比空白组提高了21.31%,碱度增加了122.22%,在第1~9 d辅酶F_(420)浓度维持在1.53×10^(-3)~2.59×10^(-3) mmol·L^(-1),COD去除率达46.18%,葡萄糖浓度比空白组高7.42%;添加200 mg·L^(-1) YbCl_(3)泥炭发酵组的总产气量为235.67 mL,比空白组提高了16.06%,碱度增加了126.15%,辅酶F_(420)在第1~12 d维持在1.89×10^(-3)~2.83×10^(-3) mmol·L^(-1),COD去除率达44.31%,葡萄糖浓度比空白组高6.75%,效果优于对照组,揭示了泥炭生物甲烷发酵体系中,添加CeCl_(3)和YbCl_(3)有助于提高泥炭甲烷发酵体系中产甲烷微生物的活性,增加甲烷产量,促进泥炭生物甲烷转化进程。