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洪泽湖底泥产甲烷速率及其对温度变化的响应

湿地科学 2023年第3期21卷 439-448页

作者：程锦萍郭欢刘宇昂黄可欣李嘉欣王艮梅张焕朝项剑南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京林业大学林学院江苏南京210037

为了准确评估洪泽湖生态系统的甲烷排放量,在洪泽湖的湖滨和湖心设置采样点,采集0~20 cm深度的底泥样品,在室内开展底泥样品厌氧培养实验,实验时间为225 d。在15℃、25℃和35℃的培养条件下,培养底泥样品,测定底泥样品的产甲烷菌丰度、... 详细信息

为了准确评估洪泽湖生态系统的甲烷排放量,在洪泽湖的湖滨和湖心设置采样点,采集0~20 cm深度的底泥样品,在室内开展底泥样品厌氧培养实验,实验时间为225 d。在15℃、25℃和35℃的培养条件下,培养底泥样品,测定底泥样品的产甲烷菌丰度、产甲烷速率和计算瞬时甲烷排放速率。研究结果表明,分别在15℃、25℃和35℃的培养条件下,瞬时升温至35℃时,湖滨和湖心采样点底泥样品的产甲烷速率都相对最大,瞬时降温至15℃时湖滨和湖心采样点底泥叶片的产甲烷速率都相对最小;在25℃培养条件下,湖滨采样点底泥样品产甲烷速率的温度敏感系数值相对最大,而在15℃培养条件下,湖心采样点底泥样品的温度敏感系数值相对最大;在15℃培养条件下,湖滨采样点底泥样品的产甲烷菌丰度最大,并随着培养温度的升高而逐渐减小,在25℃培养条件下,湖心采样点底泥样品的产甲烷菌丰度最大,显著大于35℃培养条件下的产甲烷菌丰度;影响底泥样品中的产甲烷菌丰度的环境因素为底泥中的总有机碳含量、全氮含量和pH。

关键词：产甲烷速率温度温度敏感系数产甲烷菌丰度洪泽湖

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搅拌时间和顶空低压对猪粪产甲烷速率的影响

中国沼气 2017年第6期35卷 60-66页

作者：彭朝晖樊战辉孙家宾朱顺熙成都市农林科学院成都611130

文章讨论了搅拌持续时间和发酵罐顶空低压对猪粪高温厌氧发酵甲烷生产率的影响。结果显示,间歇搅拌(搅拌频率为2 h·d^(-1))发酵罐的产甲烷速率显著(P<0.05)高于连续搅拌(24 h·d^(-1))。当水力停留时间为20d和15 d时,间歇搅拌的发酵罐... 详细信息

文章讨论了搅拌持续时间和发酵罐顶空低压对猪粪高温厌氧发酵甲烷生产率的影响。结果显示,间歇搅拌(搅拌频率为2 h·d^(-1))发酵罐的产甲烷速率显著(P产甲烷速率分别高8%~17%和4%。当水力停留时间为20 d时,顶空低压(0.9 atm)处理的发酵罐产甲烷速率比连续搅拌发酵罐高9%。但是,当水力停留时间为15天时,则没有明显差异,产甲烷速率仅高了4%。以上结果得出,高温厌氧消化过程中,间歇搅拌和顶空低压可以增加猪粪的厌氧发酵效率。

关键词：厌氧消化搅拌顶空低压猪粪产甲烷速率

多元混合物料协同促进厌氧消化产甲烷性能试验研究

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中国环境科学 2018年第3期38卷 1024-1032页

作者：李金平崔维栋黄娟娟王春龙吕鹏梅兰州理工大学西部能源与环境研究中心甘肃兰州730050 西北低碳城镇支撑技术协同创新中心甘肃兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃兰州730050 中国科学院广州能源研究所中国科学院可再生能源重点实验室广东广州510640

为评估农牧废弃物多元物料混合厌氧发酵对产甲烷性能的协同促进作用,研究了中温(37±1)℃和固体质量分数为12%时,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合原料的厌氧消化产甲烷性能,最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程.结果表... 详细信息

为评估农牧废弃物多元物料混合厌氧发酵对产甲烷性能的协同促进作用,研究了中温(37±1)℃和固体质量分数为12%时,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合原料的厌氧消化产甲烷性能,最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程.结果表明:3种物料混合厌氧发酵发生了明显的协同促进作用,协同效应作用值为34.85%~70.39%,贡献效果显著(P甲烷产率、累计甲烷产量和VS降解率达到最大值,分别为286.0m L/g VS、20713m L和65.6%,比单一牛粪、蔬菜废弃物以及玉米秸秆厌氧消化甲烷产量分别提高了32.9%、229.9%和82.0%.修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R2均大于0.99,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS比例为50:20:30时具有最大产甲烷速率17.34m L/(d·g)和较短的迟滞时间2.97d.该研究结果可为农牧废弃物多元混合物料厌氧消化产沼气工程提供参考.

关键词：多元混合物料厌氧消化协同促进作用产甲烷速率累计甲烷产量 VS降解率

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围垦植稻对崇明东滩湿地产甲烷微生物的影响

农业环境科学学报 2020年第2期39卷 411-417页

作者：张鑫磊宋怡轩张洁汪方圆张耀鸿贾仲君南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/江苏省农业气象重点实验室南京210044 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京210008 山西省气候中心太原030006

滨海湿地是CH4排放的重要自然源,受人类活动的影响较为强烈。本研究选择长江入海口崇明东滩自然湿地(光滩湿地和芦苇湿地)为对照,以空间代替时间变化,比较研究不同围垦年限(27、51、86年)的稻田耕作土壤产甲烷速率演替规律及其微生物数... 详细信息

滨海湿地是CH4排放的重要自然源,受人类活动的影响较为强烈。本研究选择长江入海口崇明东滩自然湿地(光滩湿地和芦苇湿地)为对照,以空间代替时间变化,比较研究不同围垦年限(27、51、86年)的稻田耕作土壤产甲烷速率演替规律及其微生物数量变异特征。结果表明,围垦稻田的产甲烷速率平均值为13.8ngCH4 g-1 d-1,是自然滩涂湿地的3.3倍,且随着围垦年限增加而显著增加。围垦稻田中产甲烷菌的mcrA基因拷贝数为1.101×108~1.443×108copies g-1,也随围垦年限增长而增加,比光滩湿地中的基因拷贝数高出一个数量级。光滩湿地产甲烷菌的相对丰度显著低于芦苇湿地和围垦稻田,围垦稻田中相对丰度值随围垦年限增长而显著增加。其中,H2/CO2营养型产甲烷菌的相对丰度随内陆方向和围垦年限增长而数量级水平增加,而甲基营养型产甲烷菌的相对丰度在光滩中最高,随内陆方向和围垦年限增长而数量级水平减小。各采样点中的乙酸营养型产甲烷菌相对丰度同处于一个数量级,其在3个围垦稻田中没有显著差异。相关性分析表明,产甲烷速率与H2/CO2营养型产甲烷菌丰度值呈显著正相关,而与甲基营养型产甲烷菌呈显著负相关。因此,围垦种稻的熟土作用促进了滨海湿地甲烷产生过程,H2/CO2营养型产甲烷菌数量的大幅增加是产甲烷速率升高的主控因素之一。

关键词：围垦稻田产甲烷速率 H2/CO2营养型产甲烷菌

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红霉素对产甲烷菌的抑制及其驯化

环境科学 2013年第4期34卷 1540-1544页

作者：刘子旭孙力平李玉友邱春生天津城市建设学院环境与市政工程学院天津300384 天津市水质科学与技术重点实验室天津300384 日本东北大学环境科学研究科

红霉素是一类具有一定生物毒性的抗生素类药品,为探明红霉素对产甲烷菌的抑制作用及其可驯化能力,依次在厌氧瓶中进行厌氧毒性试验、在升流式厌氧污泥床反应器(UASB)中进行连续实验,测定累计甲烷产量、相对产甲烷速率、COD去除率、甲烷... 详细信息

红霉素是一类具有一定生物毒性的抗生素类药品,为探明红霉素对产甲烷菌的抑制作用及其可驯化能力,依次在厌氧瓶中进行厌氧毒性试验、在升流式厌氧污泥床反应器(UASB)中进行连续实验,测定累计甲烷产量、相对产甲烷速率、COD去除率、甲烷含量.结果表明,红霉素为150 mg.L-1时产甲烷速率降为56.1%;250 mg.L-1时反应速率降低99%以上,活性受到完全抑制.保持红霉素投加量为20 mg.L-1连续运行60 d,COD去除率、甲烷含量可达到81.4%、64.2%.红霉素对甲烷菌有抑制作用,半抑制浓度为150 mg.L-1.甲烷菌对红霉素有一定的驯化能力,驯化60 d后COD去除率、甲烷含量较未驯化时可提高15.13%、22.05%.

关键词：红霉素产甲烷菌产甲烷速率抑制甲烷含量

生活垃圾填埋气体产量的现场测试及IPCC推荐模型的校验

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环境科学 2009年第11期30卷 3427-3431页

作者：罗钰翔王伟高兴保清华大学环境科学与工程系北京100084

为了获得深圳市玉龙坑垃圾填埋场封场后填埋气体的实际产量,采用改进的现场抽气方法分别测定了填埋场内4口抽气井抽气影响区域内填埋气体的产量,计算获得其产甲烷速率分别为14.67×10-5、9.46×10-5、9.55×10-5和4.28×10-5m3/(t.h).... 详细信息

为了获得深圳市玉龙坑垃圾填埋场封场后填埋气体的实际产量,采用改进的现场抽气方法分别测定了填埋场内4口抽气井抽气影响区域内填埋气体的产量,计算获得其产甲烷速率分别为14.67×10-5、9.46×10-5、9.55×10-5和4.28×10-5m3/(t.h).据此计算出2005年玉龙坑垃圾填埋场的甲烷产率为322 m3/h,表明该填埋场填埋气体在经济性上已经失去了回收利用价值.采用此实测数据对IPCC推荐模型进行校验,发现垃圾降解的半衰期是影响IPCC推荐模型预测准确性的关键参数.我国城市生活垃圾中可降解有机物以厨余垃圾为主,分解周期较短,垃圾降解的半衰期短于IPCC模型的推荐取值范围.为了准确预测填埋气体的产量,需要在充分调查我国生活垃圾特性的基础上,确定模型参数的合理取值,提高IPCC推荐模型在我国的适用性.

关键词：填埋气体抽气实验产甲烷速率 IPCC推荐模型

外加电压驱动蛋白质厌氧消化产甲烷效能提升的机制研究

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外加电压驱动蛋白质厌氧消化产甲烷效能提升的机制研究

作者：陈柯仰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

2019年我国城市污水处理厂湿污泥产量高达4646万吨,而每年通过农业生产过程产生的作物秸秆风干重产量更是达到9亿吨,从能量平衡的角度计算相当于0.23亿吨标准油。厌氧消化技术可从污泥等废弃生物质中回收有价资源,但存在停留时间长,能... 详细信息

2019年我国城市污水处理厂湿污泥产量高达4646万吨,而每年通过农业生产过程产生的作物秸秆风干重产量更是达到9亿吨,从能量平衡的角度计算相当于0.23亿吨标准油。厌氧消化技术可从污泥等废弃生物质中回收有价资源,但存在停留时间长,能源转化效率低等弊端。而电子传递过程受限是导致厌氧消化能量转化率低下的重要因素,有研究人员发现生物电化学系统（MEC-AD）能强化废弃生物质厌氧消化的电子传递,提高能量转化效率,但机制尚不明确。以剩余污泥、秸秆水解液等复杂废弃生物质为底物时,其有机组分复杂,且存在有机物释放和降解的动态过程,不便于机制分析,而蛋白质在各类废弃生物质中均占有很高的比重,因此本课题围绕外电压驱动前后电子传递过程和功能菌群代谢规律的变化展开工作,以牛血清白蛋白（BSA）模拟污泥蛋白组分,首先对外加电压驱动（0.6V）后不同浓度蛋白质厌氧消化的强化效能进行研究,以探究外电压对厌氧消化的主要强化阶段;其次对外电压驱动后群落组成变化与功能菌群演替进行分析,最后通过外电路电子转移量进行衡算,揭示胞外直接电子传递（Direct Interspecies Electron Transfer,DIET）的产甲烷贡献占比,结合热力学分析和DIET理论模型的构建,对MEC-AD对甲烷效能提升的机制进行解析。通过对不同浓度蛋白质在施加外电压前后的厌氧消化产甲烷效能对比,发现在反应器未酸败时MEC-AD不能改变蛋白质厌氧消化产甲烷总量,但能有效提升产甲烷速率,以5 g/L BSA为底物的条件下产甲烷速率提升了45.6%;以高浓度蛋白质（15 g/L）为底物的条件下,MEC-AD能有效降低反应器挥发酸的积累量,乙酸和丙酸积累量分别降低了64.9%和60.6%,甲烷产量也提高了225%。外电压驱动对三个浓度梯度的蛋白质水解速率均没有影响,但挥发酸的降解速率得到了明显提升,以800 mg/L和5 g/LBSA为底物时,挥发酸利用速率分别提升了42.8%和78.9%。llumina Miseq高通量测序结果显示,外电压驱动后,阴阳极群落多样性降低,差异性明显增大;外电压驱动后阳极有助于发酵细菌的定向富集,平均丰度提升了46%,阴极有助于产甲烷菌的定向富集,平均丰度提升了406.9%;在外电压驱动后,阴极嗜氢型产甲烷菌Methanobacterium的丰度占比由10.4%提升至84.3%,阴极产甲烷路径由嗜乙酸型向嗜氢型转变。外电路电子衡算结果显示:MEC-AD通过外电路传递产甲烷量为96.05 m L约占总产气量的10%;MEC扣除DIET途径理论产甲烷量后的平均产甲烷速率仍是AD反应器的2.3倍,加电刺激后MIET途径的强化是MEC-AD厌氧消化速率提升的主要因素。通过热力学分析发现,外电压驱动后阴极电势可降低至-0.9 V左右,达到阴极嗜氢型产甲烷菌代谢所需电势。在此条件下,氢营养型△G0（以CH4计）=-135k J/mol,乙酸营养型△G0（以CH4计）=-33 k J/mol,氢营养型产甲烷代谢吉布斯自由能更负,反应发生优先级高于嗜乙酸型代谢,或使体系产甲烷过程由乙酸营养型向产能效率更高、代谢速率更快的氢营养型转变,提升了MIET途径的产甲烷速率。其次,和H+相比,Fd、F420以及Co B-S-S-Co M的标准电极电势更高,得电子能力更强,在施加外电压后,外电路的存在打通了DIET通路,电子进入胞内后或从三个节点参与产甲烷代谢过程,绕过产氢过程,克服了体系中氢气传质阻力带来的限制,加速了电子传递速率。

关键词：外电压驱动厌氧消化电子转移功能菌群产甲烷速率

好氧移动床生物膜工艺对垃圾渗滤液短程硝化的研究

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好氧移动床生物膜工艺对垃圾渗滤液短程硝化的研究

作者：杜月哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

城市垃圾渗滤液是一种水质复杂、污染物浓度高、难降解的有机废液。尤其是氨氮浓度高且随垃圾填埋场场龄的增长而明显提高,造成垃圾渗滤液难以处理达到排放标准。为此,本文采用生物法研究垃圾渗滤液的脱氮处理。本文采用好氧移动床生物... 详细信息

城市垃圾渗滤液是一种水质复杂、污染物浓度高、难降解的有机废液。尤其是氨氮浓度高且随垃圾填埋场场龄的增长而明显提高,造成垃圾渗滤液难以处理达到排放标准。为此,本文采用生物法研究垃圾渗滤液的脱氮处理。本文采用好氧移动床生物膜反应器对经过厌氧生物膜反应器脱碳处理的垃圾渗滤液进行了中温短程硝化研究。反应器接种市政消化污泥,好氧反应器采用中温(25±1℃)启动,好氧反应器稳定运行后,测得好氧反应器内生物量为MLVSS 4.169g/L,填料上可以观察到大量的丝状菌、原生动物和后生动物。MPN实验测得平均每个好氧生物膜上亚硝化菌的大概数量为4.5×106 cfu,测得亚硝化菌的比好氧速率为0.1028 mgO2/gVSS·min,亚硝化菌的间接活性实验表明该移动床生物膜工艺可以选择性固定和积累氨氧化细菌从而实现较高的氨氮去除率和稳定的亚硝酸盐氮积累率。论文研究了HRT、DO浓度、pH值和FA、C/N和氨氮负荷等工艺运行参数对氨氮去除率和亚硝酸盐氮积累率的影响。结果表明,在进水氨氮浓度为400mg/L,温度25±1℃条件下,控制HRT为24 h,DO浓度为2 mg/L,pH值为8,C/N小于3时,则氨氮去除率达到70%以上,亚硝酸盐氮的积累率高达90%,系统可以实现较高的氨氮去除率和高效稳定的亚硝酸盐氮积累率。论文还研究了在不同pH值条件下,氨氮浓度对厌氧污泥的产甲烷活性的毒害作用,结果表明氨氮在产甲烷过程中起到多重作用,在低浓度时促进甲烷产生,在高浓度时抑制甲烷产生。动力学实验确定了好氧移动床生物膜反应器在不同的DO浓度条件下的氨氮降解模型,求得速率常数Ks和最大降解速率Vmax。

关键词：短程硝化垃圾渗滤液移动床生物膜反应器产甲烷速率动力学

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高压胁迫对原油降解产甲烷菌群落结构的影响

高压胁迫对原油降解产甲烷菌群落结构的影响