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同型产乙酸菌富集物的群落解析及转化合成气产乙酸

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应用与环境生物学报 2014年第6期20卷 1052-1057页

作者：张丽娟符波罗衎刘和江南大学环境与土木工程学院无锡214122

合成气生物转化是一项具有巨大应用前景的技术,对大力开发可再生资源和促进国家可持续发展具有重要意义.本研究采集牛粪样品进行同型产乙酸菌富集培养,利用富集物分别在中温(37℃)和高温(55℃)条件下生物转化H2/CO2气体,通过克隆文库技... 详细信息

合成气生物转化是一项具有巨大应用前景的技术,对大力开发可再生资源和促进国家可持续发展具有重要意义.本研究采集牛粪样品进行同型产乙酸菌富集培养,利用富集物分别在中温(37℃)和高温(55℃)条件下生物转化H2/CO2气体,通过克隆文库技术分析中温和高温富集物的微生物群落组成,GC气相色谱法检测气体转化产生的挥发性脂肪酸(VFAs)浓度.结果表明,牛粪样品中温富集物和高温富集物同型产乙酸菌数量分别增长了77倍和189倍,富集物中同型产乙酸菌分布于Clostridium、Oxobacter、Caloramator、Thermoanaerobacter及Moorella属,其中Clostridium属最多.同型产乙酸菌富集物在中温和高温条件下利用H2/CO2气体生成的最高乙酸浓度分别为43和38 mmol/L.该富集物可稳定、持续、有效地生物转化H2/CO2气体产乙酸,并且偏碱性、中温条件有利于提高转化效率.本文研究表明这种区别于传统纯培养法的混合培养技术能够达到产乙酸的目的,可为合成气生物转化提供新思路.

关键词：同型产乙酸菌合成气富集产乙酸微生物群落 Clostridium 挥发性脂肪酸

产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺厌氧发酵市政污泥生产乙酸

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应用与环境生物学报 2008年第6期14卷 814-819页

作者：石峰刘和聂艳秋堵国成陈坚江南大学环境与土木工程学院环境生物技术研究室江苏无锡214122 江南大学环境与土木工程学院工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122

采用一种新的产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺对市政污泥进行厌氧发酵,以实现高效产乙酸的目的.结果表明,采用该两相耦合工艺对市政污泥厌氧发酵能很好地促进乙酸的生成,实验条件下,产氢产酸相乙酸最高浓度达到4.27g/L,同型产乙酸相乙... 详细信息

采用一种新的产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺对市政污泥进行厌氧发酵,以实现高效产乙酸的目的.结果表明,采用该两相耦合工艺对市政污泥厌氧发酵能很好地促进乙酸的生成,实验条件下,产氢产酸相乙酸最高浓度达到4.27g/L,同型产乙酸相乙酸最高浓度则为1.07g/L,乙酸产率和VFA产率分别达到0.42g/gVS和0.69g/gVS,与非耦合系统相比,分别提高了61.5%和53.3%.实验结果还证明,污泥经热碱法预处理之后再厌氧发酵,能更有效地产酸,与不经过预处理的污泥原液发酵相比,前者的产氢产酸相乙酸浓度比后者提高了2.9倍.

关键词：市政污泥产氢产酸/同型产乙酸耦合工艺厌氧发酵产乙酸

同型产乙酸菌株CA3及其发酵葡萄糖产乙酸条件优化

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科技导报 2013年第31期31卷 20-24页

作者：李建政尤立剑刘崇班巧英哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学市政环境工程学院哈尔滨150090

同型产乙酸菌纯培养物的获得,可为研究其在厌氧生物处理系统中的生理生态功能以及生产化工溶剂乙酸提供种质资源.以CO2为碳源,采用改良Hungate厌氧技术,从厌氧活性污泥中分离得到一株同型产乙酸菌CA3.该菌株为严格厌氧,卵形,G＋,可利用H... 详细信息

同型产乙酸菌纯培养物的获得,可为研究其在厌氧生物处理系统中的生理生态功能以及生产化工溶剂乙酸提供种质资源.以CO2为碳源,采用改良Hungate厌氧技术,从厌氧活性污泥中分离得到一株同型产乙酸菌CA3.该菌株为严格厌氧,卵形,G＋,可利用H2/CO2产乙酸,也能发酵葡萄糖、果糖等产生乙酸.16SrRNA基因序列比对及系统发育树构建结果表明,CA3隶属Blautia sp..菌株CA3能在20～45℃的温度范围内生长,最适生长温度为35℃,最适初始pH值为8.0.在最适条件下,菌株CA3利用H2/CO2产乙酸速率可达8.92mg/（L·h）;以酵母粉作为氮源发酵葡萄糖时,发酵体系的乙酸浓度可达1370mg/L.

关键词：同型产乙酸菌厌氧发酵产乙酸菌株

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城市剩余污泥两相耦合高效产乙酸的研究

城市剩余污泥两相耦合高效产乙酸的研究

作者：邱坚江南大学

学位级别：硕士

本文在市政剩余污泥厌氧发酵过程中应用两相耦合技术,以实现高效产乙酸为目的。首先对产氢产酸(A)相工艺参数(pH、种泥浓度、底物浓度)进行了优化研究,得出了最佳产酸条件和最佳产气条件。然后在自控发酵罐中与同型产乙酸(H)相进行耦合... 详细信息

本文在市政剩余污泥厌氧发酵过程中应用两相耦合技术,以实现高效产乙酸为目的。首先对产氢产酸(A)相工艺参数(pH、种泥浓度、底物浓度)进行了优化研究,得出了最佳产酸条件和最佳产气条件。然后在自控发酵罐中与同型产乙酸(H)相进行耦合发酵,研究了A相pH值和温度的调控对系统乙酸总产量的差异,最终得出能使耦合系统产乙酸最大化工艺参数。全文的研究内容如下:(1)、在非耦合状态下研究了不同pH值、接种物VS浓度、底物SCOD浓度对污泥产酸产气效能的影响。结果显示在pH值为7.0和9.0时污泥产气和产酸能力各自达到最大,平均产率分别为35.5 mL/L/d和0.54 g/L/d;在种泥VS浓度为8 g/L时污泥产气和产酸能力均达到最大,平均产率分别为25 mL/L/d和0.57 g/L/d;当底物SCOD浓度为30 g/L时污泥发酵产乙酸和总酸的产率均达到最大,分别为0.23 g/g SCOD和0.41 g/g SCOD。(2)、在耦合状态下研究了A相pH值的调控对系统产酸的促进作用。先后调控A相pH值为最佳产气(7.0)和产酸(9.0)条件,运行相同周期后比较两种条件下系统乙酸总产量的差异。结果表明:虽然中性pH能提高H相产酸效能,但不足以抵消A相产酸不利带来的损失,pH=7.0和pH=9.0时系统产乙酸总量分别为:35.1 g、47.9 g。调控产氢产酸相pH为9.0能促进污泥发酵产酸以及定向产乙酸。(3)、利用前期优化结果在耦合状态下研究了A相温度调控对系统产酸的促进作用。先后调控A相温度在35℃、45℃和50℃。运行相同周期后比较系统乙酸总产量的差异。结果表明:三阶段系统产酸总量分别为:43.9 g、36.7 g、18.4 g,考虑到第二阶段的产物抑制作用,实验确定耦合系统运行的A相最佳温度为45℃。

关键词：市政污泥厌氧发酵产氢产酸/同型产乙酸耦合工艺产乙酸

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木薯渣两相耦合产乙酸工艺研究

木薯渣两相耦合产乙酸工艺研究

作者：蔡赋涵广西大学

学位级别：硕士

木薯渣是木薯在经过淀粉厂榨取淀粉或是酒精厂制取酒精之后所留下的废弃物,但是依然含有大量的有机物,是一种非常有用的生物质资源,本文主要研究产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺发酵木薯渣定向产乙酸的过程,通过相分离使产氢产酸菌和... 详细信息

木薯渣是木薯在经过淀粉厂榨取淀粉或是酒精厂制取酒精之后所留下的废弃物,但是依然含有大量的有机物,是一种非常有用的生物质资源,本文主要研究产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺发酵木薯渣定向产乙酸的过程,通过相分离使产氢产酸菌和同型产乙酸菌分离在不同的相发生作用,在发酵过程中,同型产乙酸相消耗产氢产酸相产生的氢气和二氧化碳来合成乙酸,降低氢分压对于系统的抑制作用。本文的研究内容包括：(1)干木薯渣经过产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺厌氧发酵,底物浓度为17g绝干干木薯渣时,产氢产酸相的VFA产量1.74g/L,乙酸的产量1.14g/L,乙酸在VFA中的比例一直提升第三十天时比例为69.50%;同型产乙酸相的VFA产量0.41g/L,乙酸产量0.28g/L,乙酸在VFA中所占比例,最高为第三天时71.28%;(2)研究不同类型的原料对于产氢产酸/同型产乙酸两相耦合系统厌氧发酵的影响,底物浓度为17g绝干新鲜木薯渣时,产氢产酸相的VFA产量8.16g/L,乙酸的产量2.25g/L,乙酸在VFA中所占的比例新鲜木薯渣第九天最大,为39.01%;同型产乙酸相的VFA产量1.13g/L,乙酸产量0.78g/L,乙酸在VFA中所占比例一直有所提升,最后乙酸在VFA所占比例为69.24%;(3)随着产氢产酸相/同型产乙酸相两相耦合系统中产氢产酸相底物浓度的增加两相耦合系统的总VFA和乙酸产量会呈现增长的趋势,但是就其中单一反应相而言,由于影响VFA或是乙酸产量的因素较多而无法判断,产氢产酸相中底物浓度分别为17g、27g和37g绝干木薯渣时,VFA的产量分别为8.16g/L、7.25g/L和7.23g/L,VFA的转化率分别为1.4288g/g、1.1312g/g和0.8422g/g,但是乙酸的产量为2.25g/L、2.27g/L和2.40g/L,乙酸转化率却降低为0.4660g/g、0.4242g/g和0.3324g/g;同型产乙酸相中随着产氢产酸相底物浓度的增加,VFA的产量增加比较明显,分别为1.13g/L、1.31g/L和1.36g/L,乙酸产量也有所增加,分别为0.78g/L、0.94g/L和0.99g/L,乙酸在VFA中的比例也有所提升,底物浓度为17g绝干木薯渣时的峰值为39.01%,27g绝干木薯渣时的峰值为38.63%,37g绝干木薯渣时的峰值为41.26%。

关键词：两相耦合木薯渣厌氧消化产乙酸

市政污泥两相耦合工艺厌氧发酵定向产乙酸的研究

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市政污泥两相耦合工艺厌氧发酵定向产乙酸的研究

作者：石峰江南大学

学位级别：硕士

本论文研究了产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺厌氧发酵市政污泥生产乙酸的过程,通过同型产乙酸菌的耗氢产乙酸作用解除产氢产酸过程中的氢抑制,强化乙酸生产。全文的研究内容包括如下: (1)采取产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺厌氧发... 详细信息

本论文研究了产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺厌氧发酵市政污泥生产乙酸的过程,通过同型产乙酸菌的耗氢产乙酸作用解除产氢产酸过程中的氢抑制,强化乙酸生产。全文的研究内容包括如下: (1)采取产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺厌氧发酵市政污泥,并与非耦合系统进行比较,实验条件下,产氢产酸相乙酸最高浓度达到4.27 g/L,同型产乙酸相乙酸最高浓度则为1.07 g/L,乙酸产率和VFA产率分别达到0.42 g/ gVS和0.69 g/ gVS,与非耦合系统相比,分别提高了61.5%和53.3%。污泥经热碱法预处理之后再厌氧发酵,能更有效地产酸,与不经过预处理的污泥原液发酵相比,前者的产氢产酸相乙酸浓度比后者提高了2.9倍。 (2)采用产氢产酸/同型产乙酸两相耦合系统分别与不排气以及间歇性排气的两套对照系统进行产酸比较。耦合系统的乙酸转化率比两个对照系统分别高出31.3%和13.5%。产氢产酸/同型产乙酸耦合系统对乙酸生产的强化可归因于同型产乙酸作用、产氢产酸相产物抑制的解除以及对底物降解的强化。 (3)采用pH调控的方法对耦合系统厌氧发酵效果进行了研究。当维持系统中pH为碱性时(pH=10.0),乙酸最终浓度可达7.42 g/L,与不调控pH的原耦合系统相比提高了44.6%,乙酸对VS的转化率达0.46 g/ gVS,比不调节pH时提高了27.8%。产氢产酸相乙酸最终可占总VFA的68.1%,比不调pH有大幅度提高。 (4)分批补料技术可防止发酵初期产氢产酸相的有机负荷过高,同时减轻产耗氢不平衡程度,厌氧发酵18天后,分批补料1、2产氢产酸相乙酸浓度分别可达8.02 g/L和7.56 g/L。总VFA分别可达11.52 g/L和11.43 g/L。同型产乙酸相的乙酸浓度达1.76 g/L和1.45 g/L,比原耦合系统分别提高了50%和24%。分批补料1、2中SCOD对乙酸的转化率分别为0.44和0.37,比原耦合系统分别提高了29.4%和8.8%。

关键词：产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺市政污泥厌氧发酵产乙酸

厌氧-SBR处理豆油精炼废水及产乙酸的研究

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厌氧-SBR处理豆油精炼废水及产乙酸的研究

作者：王睿文哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

豆油精炼废水水量大、有机物浓度高且易降解,用传统方法对其进行处理浪费了大量的潜在的能源。本文以哈尔滨某豆油加工厂豆油精炼废水为研究对象,采用预处理+厌氧+序批式活性污泥法（SBR）来处理,探究在达标处理废水的同时回收乙酸的可... 详细信息

豆油精炼废水水量大、有机物浓度高且易降解,用传统方法对其进行处理浪费了大量的潜在的能源。本文以哈尔滨某豆油加工厂豆油精炼废水为研究对象,采用预处理+厌氧+序批式活性污泥法（SBR）来处理,探究在达标处理废水的同时回收乙酸的可行性,并探究乙酸积累的机制。预处理采用投加酸破乳的方式,使水中的油和杂质上浮,废水中主要被去除的颗粒物粒径在10-100μm之间,这部分颗粒聚集成更大的物质上浮出水表面,通过去除这部分物质,废水中的含油量能去除77%以上,COD最多能够去除44%。之后废水进入间歇流运行的厌氧高温消化,考察了不同有机负荷对去除效果的影响,废水经过厌氧处理可以达到最高79%的COD去除效率。出水挥发性有机酸检测表明厌氧反应器挥发酸主要为乙酸,有部分丙酸被检出,其他酸含量均较低。在该高温厌氧消化过程中,废水中的大分子有机物大部分先转化为乙酸,很小一部分转化为丙酸和其他的挥发性有机酸,进而被微生物利用降解。一个周期产气量最高为18 mL,主要成分为甲烷。高通量分析在属水平上的分类结果显示,4个反应器的主要的优势菌为Dechloromonas、Treponema、Sporanaerobacter、Desulfosporomusa、 Caloramator、Desulfovibrio。SBR反应器处理后的废水化学需氧量可以降至500 mg/L以下;挥发性有机酸测试表明废水中主要上为乙酸（占98%）,COD和挥发酸的变化趋势并不同步。乙酸浓度最高为220 mg/L左右,适合后期进行乙酸的回收,且此时乙酸为对水中COD的主要贡献,处理后废水能达到该厂的水质标准（《CJ343-2010污水排入城镇下水道水质标准》）。利用生物电化学原理构建的BES-SBR反应器与SBR反应器进行对比,结果显示,从COD降解的速度以及最后的降解程度上来看,明显好于SBR反应器。根据高通量测序结果,可知闭路条件下乙酸氧化菌丰度较高,证实生物电化学作用能够刺激乙酸氧化菌消耗乙酸。BES-SBR比开路的SBR反应器乙酸降解更快,主要是因为闭路条件下,更利于其氧化乙酸并将电子转移,因此在BES-SBR反应器中乙酸的积累量要小于SBR反应器。

关键词：豆油精炼废水序批式活性污泥法产乙酸生物电化学系统微生物群落

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同型产乙酸菌的分离纯化及生理生态研究

同型产乙酸菌的分离纯化及生理生态研究

作者：尤立剑哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

同型产乙酸菌是一类能够通过厌氧乙酰辅酶A途径，以CO为末端电子受体，并将其合成为代谢产物和细胞物质的厌氧微生物。它们在厌氧生物处理系统中可起到降低系统氢分压、为其他种类的微生物提供代谢底物等作用，但关于其生理生态学特性... 详细信息

同型产乙酸菌是一类能够通过厌氧乙酰辅酶A途径，以CO为末端电子受体，并将其合成为代谢产物和细胞物质的厌氧微生物。它们在厌氧生物处理系统中可起到降低系统氢分压、为其他种类的微生物提供代谢底物等作用，但关于其生理生态学特性以及在厌氧发酵系统中的功能认识仍然不够深入，其潜在应用价值有待开发。同型产乙酸菌种质资源的获得及对其生理生态特征的研究，是开发相关应用技术的重要基础。本研究以有机废水厌氧生物处理系统中的污泥为种源，采用连续传代的富集培养方式得到了耗氢快、产乙酸量高的稳定培养物A。研究发现，培养物A在40°C、初始pH为9的条件下生长代谢效果最佳。以稳定培养物A为出发菌源、H/CO为碳源，采用改良的Hungate厌氧技术分离得到了菌株CA3。菌株CA3为革兰氏阳性菌(G+)，细胞呈球型或卵形。通过对菌株CA3的16S rRNA基因序列分析发现，菌株CA3隶属于Blautia属。对该菌株的生理生化特性研究表明，菌株CA3具有典型的同型产乙酸菌的代谢特征，既能够利用H/CO产乙酸，也能发酵葡萄糖、果糖等产生乙酸。不同氮源对菌株CA3发酵葡萄糖和利用H/CO的影响研究表明，酵母粉为其利用葡萄糖和H/CO生长代谢的最佳氮源，可能是由于酵母粉中含有一些利于菌株CA3生长的特殊生长因子。为了优化菌株CA3发酵葡萄糖产乙酸的培养条件，研究考察了不同温度和不同初始pH对菌株CA3发酵葡萄糖产乙酸能力的影响。结果表明，在温度35°C和初始pH8的条件下，菌株CA3的生长代谢效果较好。耐盐性试验表明，在NaCl浓度从0%%的范围内菌株CA3均能生长，0.3%条件下生长效果最好。在满足以上适宜菌株CA3生长条件的基础上，分别对菌株CA3利用葡萄糖和H/CO的生长动力学进行了研究。结果表明，当培养12h后，菌株CA3就开始大量生长增殖。在对数生长期，菌株CA3对葡萄糖的平均降解速率为161.38mg/(L·h)，乙酸生成速率为64.06mg/(L·h);以H/CO为碳源的乙酸平均生成速率达到了8.97mg/(L·h)。动力学分析表明，菌株CA3利用葡萄糖的最大比基质去除速率(vmax)可达2.745mg/(mg·h)，菌株CA3达到最大基质去除速率一半时的底物浓度(Ks)为2466mg/L，用于葡萄糖发酵产乙酸或固定CO产乙酸具有很好的前景。

关键词：厌氧生物处理同型产乙酸菌分离生理生态特性产乙酸

市政污泥半连续两相耦合厌氧发酵产乙酸工艺条件研究

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市政污泥半连续两相耦合厌氧发酵产乙酸工艺条件研究

作者：扶郡江南大学

学位级别：硕士

本论文研究了市政污泥通过产氢产酸／同型产乙酸两相耦合工艺厌氧半连续发酵生产乙酸的工艺条件,通过同型产乙酸菌的耗氢产乙酸作用解除产氢产酸过程中的氢抑制,强化乙酸生产。全文的研究内容如下：（1）污泥采用半连续耦合系统与... 详细信息

本论文研究了市政污泥通过产氢产酸／同型产乙酸两相耦合工艺厌氧半连续发酵生产乙酸的工艺条件,通过同型产乙酸菌的耗氢产乙酸作用解除产氢产酸过程中的氢抑制,强化乙酸生产。全文的研究内容如下：（1）污泥采用半连续耦合系统与序批式耦合系统厌氧发酵产乙酸相比,更有利于乙酸和总VFA的积累。半连续耦合系统乙酸和总酸的总产量分别为21.67 g和39.71 g是序批式发酵的1.36倍和2.01倍。（2）首先研究了在碱性pH,污泥停留时间（SRT）为10d条件下,污泥浓度对耦合系统半连续发酵产乙酸的影响。结果表明：污泥的水解效率随污泥浓度的增加而减少,但是SCOD浓度随着污泥浓度的增加而增加。随着污泥浓度的增加,A相乙酸和总酸的产率都成下降趋势。当污泥浓度为30 gVS/L时,A相乙酸和总酸每日产率达到最大分别为0.123 g/gVS和0.205 g/gVS。随着污泥浓度的增加,A相气体的产量增加,同样的H相乙酸积累也随之增加,当污泥浓度为60 gVS/L寸,气体的日产量达1.61 L,H相乙酸累积也达到最大为1.63g/L。（3）其次研究了在碱性pH,污泥浓度为60g/L时,SRT对耦合系统半连续发酵生产乙酸的影响。结果表明,在确定的SRT条件下,A相中SCOD浓度保持相对的稳定。而SCOD的浓度随着SRT的增大而增加。A相乙酸和总VFA浓度随着SRT的增加而增加。随着SRT的增加,乙酸含量增加而丙酸含量减少,但其它的VFAs含量基本维持稳定。此外H相乙酸的积累随着A相SRT的增大而增加。（4）碱性pH（pH=10.0）和添加BES都能促进A相乙酸的积累,提高乙酸的产率,同时碱性pH比添加BES更有利于污泥的水解。当两种调控方法结合使用时,污泥的水解效率,A相乙酸和TVFA产率都达到最大值,分别为：63.11%.0.27g/gVS、0.40g/gVS;碱性pH和添加BES都非常有效的抑制了甲烷的生产。碱性pH有利于氢气生产（最高达16.96ml/gVS）,但是抑制了二氧化碳生产和释放,对H相乙酸的积累非常不利。因此当两种调控方法结合使用时,H相乙酸对整个系统的贡献率仅为7.5%,比中性条件下低的多（最高达31.7%）,但是中性条件下整个系统乙酸日产量（0.99g/d）却远低于两种调控方法结合使用时乙酸日产量（3.67g/d）。

关键词：半连续产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺市政污泥厌氧发酵产乙酸