氯化铁(FECL 3)被广泛用于污水处理过程中,并通过留在废物激活的污泥中(WAS)来影响厌氧消化过程。然而,厌氧消化系统涉及的FECL 3(FC)的效果和机制尚未彻底阐明。在这项研究中,评估了FC作为痕量元素的利用来增强厌氧共消化的甲烷产生。此外,还研究了FC添加的不同效果和潜在的机制在WAS的每个关键阶段和食物废物(FW)厌氧共消化中。发现FC增强了高达50.74%的甲烷产生,最大值在300 mg-fc/l的剂量下获得。fc促进了溶解度,水解和酸化可能是通过异化性铁还原过程促进的,因为FC可以用作电子受体,以加速WAS和FW复合有机物的分解和降解,并接受中间体电子以刺激氨基酸和单糖酸盐酸中乙酸的杀菌剂。然而,FC以高剂量浓度抑制甲烷的产生,这归因于铁的毒性和挥发性脂肪酸的积累并降低pH。酶促分析表明,FC添加增加了淀粉酶活性,这是一种重要的水解酶,也降低了滞后相。总体而言,这项研究有助于更好地理解整合到WAS和FW厌氧共同消化中的FC机制,并为优化能源/碳恢复的途径奠定了基础。
3 Université Paris XI, , France (E-mail: Beatrice.Laroche@lss.supelec.fr ) 4 INRA, UR910, Unité d'Ecologie et Physiologie du Système Digestif, Domaine de Vilvert, 78352 Jouy en Josas Cedex, France (E-mail: marion.leclerc@jouy.inra.fr ) Abstract本文介绍了人类结肠中碳水化合物厌氧消化的模型结构的描述。由于厌氧消化在消化剂和动物胃肠道中类似地发生,因此提出了这些系统之间的相似之处。该过程的水力行为,反应机制和转运现象被确定为构建数学模型的关键初步步骤。在此基础上,提出了验证模型的障碍,并提出了初步方法来评估所获得的结构的充分性,该结构的构建最小的微生物群模型。数学模型将在动物模型上进一步验证,该模型由由人类大肠子接种模型微生物联盟接种的轴突啮齿动物。这种方法对于更好地理解人类消化道,作为一个复杂的系统以及微生物群在人类健康中的作用非常有用。关键字厌氧消化建模;碳营养链;人类结肠;微生物群引言人类结肠(也称为大肠)是肠内的厌氧室。它的主要功能是通过消化纤维的降解为人体带来能量(即复杂的碳水化合物)未水解并吸收在上部消化道中(MacFarlane和Cummings,1991)。除了纤维降解的代谢方面外,宿主与细菌群落之间的相互作用刚刚开始被理解。共生微生物在人类健康中起着重要作用。例如,它们参与炎症性肠道疾病现在已经有充分的文献证明(Gill等,2006)。尽管在人类健康中起了重要作用,但肠道菌群组成和功能仍然有待阐明。胃肠道研究(GIT)微生物群的主要局限性是其微生物多样性超过数百种(Eckburg等,2005),而培养的细菌数量很少,占总微生物细胞的20%(Suau等,1999)。然而,分子方法首先通过元基因组学方法靶向16sRDNA基因和功能基因,可以更好地表征细菌多样性和未培养物种的功能(Manichanh等,2006,Gloux等,2007,2007,Gill等,Gill等,2006)。在文献中,人工系统(化学稳定)或硅方法已被用来研究系统的特定方面,例如微生物竞争(Ballyk等,2001),VFA吸收(Tyagi等,2002; Minekus等,1999)和主机之间的相互作用和相互作用。但是,这些模型都没有整合大肠的生理参数,生化过程和通量以及功能性微生物多样性。由于其生物学复杂性,对人类肠道生态系统的建模确实是一个具有挑战性的主题。这也是更好地理解碳水化合物发酵的关键步骤。此外,模型开发在理解微生物群落对消化系统在健康个体和炎症性疾病发展中的稳定性方面的影响中起着重要作用。这种模型将用于研究饮食方案对人类胃肠道菌群的影响。该模型也将是体内和体外实验设计的非常有用的工具,因为医疗领域和私人公司(药品,营养,益生菌)都需要代表“健康肠道微生物群”的生物学工具。
摘要:碎屑的分解途径是宏观栖息地对“蓝色碳”天然碳固相的贡献的关键过程。使用异位分解室研究了3个东北大西洋冠层海带物种的厌氧分解。thallus零件(stipes,holdfast和叶片)Hyperborea,Saccharina latis-sima和L. digitata在温度控制的黑暗条件下仍在海水中孵育。难治性(RP),第一阶分解速率(K)和相关的半衰期(T 1/2)的cal cal- cal- cal- cal。在0、7、14和21 D中测量了在孵化水中测量的溶解有机和无机碳(分别是DOC和DIC),并在每个分解阶段确定热重为重量纤维纤维纤维。氧气耗尽发生在24小时内。发布的DOC是DIC的大约5倍。Holdfast材料产生了最多的DIC,而刀片材料则释放了最大数量的DOC。S. latissima发行的文档少于L. Hyperborea和L. digitata。在整个21 d孵育中,碎片的平均(SD)RP从0.46±0.05增加到0.50±0.04。S. latissima的整个RP最高。一阶分解速率,平均在3个海带物种上,给出了27.8±2.9 d的叶片片段的半衰期(t 1/2),(k = 0.025±0.002),而定位为113.2±21.1 d(k = 0.006±0.001)。该实验在早期分解过程中表达了宏观碳的命运,因此可以控制大量藻类的蓝色碳途径的过程,从而强调了不同物种和thallus部分的分解差异。
从环境和经济角度来看,废水处理一直是大都市的主要问题之一。最常见和最有效的厌氧处理需要花费大量成本。同时,厌氧废水处理允许使用其产品之一沼气作为能量载体来进行该过程。然而,尽管厌氧技术具有许多额外的优点,例如无臭味和可以使用稳定污泥作为肥料,但它的特点是生产率低。通过引入固定微生物群的厌氧生物反应器解决了这个问题。许多国家都在积极推进这一领域的发展,但其成果很难系统化。厌氧废水处理工艺在很大程度上取决于废水的特性和生物反应器的设计,因此要证实该工艺的理论研究,必须通过实验进行验证。通过分析与惰性介质厌氧废水处理过程研究相关的已发表著作,我们可以确定主要的发展领域: - 使用底物和某些类型的微生物; - 在一个或多个厌氧生物反应器中进行该过程; - 使用各种介质; - 研究温度的影响 处理技术中的一个重要领域是通过向废水中添加化合物来改性底物本身,以提高处理质量 [1-3]。
食物垃圾(FW)的热液预处理已成为一种有希望的策略,以增强用污泥的厌氧共同消化的性能。全球人口和经济活动不断升级导致市政固体废物(MSW)产生激增,带来了重大的环境挑战(Chuen Chen等人。2020)。在人口稠密的城市中,诸如香港的人均FW的产量为0.30 kg/天,而污水污泥(SS)的价格超过0.16千克/天(HKEPD 2019)。在香港产生的11,057吨/天的11,057吨的30.0%包括FW,SS的产量达到约1,052吨/天约为1,052吨(EPD 2021)。鉴于FW在香港的MSW组成中的主要存在,政府提议利用现有污水处理厂的盈余AD容量进行FW/SS共同消化,与单消化相比提供了较高的好处(Mehariya等人。2018)。因此,迫切需要通过有效的厌氧共同消化实践来增强FW和SS的处理,以减轻不利的环境和社会影响。厌氧消化被认为是通过富含甲烷的沼气生产的同时废物处理和能量回收的可行方法(Johnravindar等人。2022)。fw的特征是其高水分含量和降解性,是AD的理想基板。然而,AD在FW和SS中的独立应用面临挑战,例如高机载荷,快速酸化,延长的固体保留率以及抑制物质的存在。2020)。2020)。因此,废水处理厂的污泥中包含大量的重金属,病原体和细菌(Kaur等人。AD涉及一系列的生物学过程,这些过程在没有氧气的情况下通过微生物作用将复杂的底物转化为沼气,其中包括水解,酸生成,乙酰发生和甲烷发生。水解通常是由于形成有毒副产品或不良挥发性脂肪酸(VFAS)而导致复杂有机基质的速率限制步骤(VFAS),而甲烷生成会对易于生物降解的底物产生限制(Kaur等人,在这种情况下,已显示FW和SS的厌氧共同消化可提高消化效率并优化
图1来自DEL MAR和SMM800的甲烷渗氧化甲烷的厌氧甲烷氧化活性。原位AOM指标和CH 3 D速率测量值表征低到高AOM活性碳酸盐。a)渗透碳酸盐收集站点Del Mar(浅绿色标记)和圣莫尼卡Mound 800(SMM800,深绿色标记)位于相距129公里。从Google Maps获得的地图。b)生物地球化学渗透碳酸盐设置。c)c)del mar露头,R1和R2的原位图像起源于顶部,R3和R4,从较近的沉积物。d)R9,来自附近的Del Mar区域,硫化垫有氧化垫。e)烟囱和f)原塑料是两个类似化学的结构,是从圣莫尼卡丘800的不同侧收集的。烟囱恢复后用甲烷积极冒泡。对于比例尺,图像中的红色激光点相距29厘米。g)基于:CH 3 D + SO 4 2-HCO 3- + HS- + HDO,在与单氧化甲烷的缺氧孵育中测量的厌氧甲烷激活率(NMOL D CM -3 D -1)。我们在五个时间点上测量了水的ΔD,除非另有说明,否则从线性增加的速率计算了速率。错误条显示了从线性回归计算出的K的标准误差。分别将带有不同颜色的R9,R9.1和R9.2的两个子样本孵育为AOM速率。无法重建用于费率的R9件的方向。在最后一个时间点(T4)硫化物进行测量,并在R9.1,Chimlet顶部,中间,底部和原子质表面中检测到。在检测下,冲浪。*在T4上仅检测到背景高于背景的氘,表明R2和R3。,B.D。的非线性增加。表面,int。内部,BTM。底部
由于地球上的氧化条件,地球上的所有有机物最终都会转化为生物质、二氧化碳和水。厌氧消化会产生微生物生物质,这是一种营养丰富的固体残留物,可用作肥料、液体消化物和富含甲烷的沼气。厌氧消化提供了一种分流器,通过该分流器可以从部分有机物中获取能量,从而将其完全氧化为二氧化碳和水。甲烷可用于当地燃烧或注入国家天然气管网。厌氧消化产生的生物能源是来自任何源自生物质而非化石来源的燃料的能量。这与化石能源形成对比,化石能源是煤炭、天然气和衍生气、原油、石油产品和不可再生废物等不可再生能源的统称。使用化石燃料的问题在于,它们的使用实际上会将化石二氧化碳排放到大气中,从而加剧温室效应和全球变暖。法国环境与能源管理局 (ADEME) 已列出 2022 年法国将有超过 1175 个厌氧消化装置 [1],2023 年将有大约 3385 个厌氧消化装置 [2]。已制定了四种情景,以减少 2030 年和 2050 年的能源消耗以及二氧化碳排放量(脱碳)。第一种情景是到 2030 年法国产生最低能源需求的情景,为 1.39×10 15 Wh [3]。Wh 是在一定电压 (V) 和一定电流下产生的电量
1 弗罗茨瓦夫大学地质科学研究所,弗罗茨瓦夫,50-205,波兰 2 卡托维兹西里西亚大学生物、生物技术和环境保护研究所,卡托维兹,40-031,波兰 3 波兰科学院生物化学和生物物理研究所,华沙,02-106,波兰 10
摘要研究了带有硅胶支持的上流厌氧反应器中细菌群落的演变,该反应堆不断地用纯甘油(第0-293天)和粗甘油(第294-362天)喂食。来自以前甘油降解反应堆的生物量用作接种物。用粗甘油获得了1,3-丙二醇(PDO)(PDO)(PDO)(PDO)(0.62 mol.mol-gly-Gly-1和14.7 G.l -1 .d -1)。接种物的多样性较低,乳酸杆菌(70.6%)和克雷伯氏菌/劳尔特拉(23.3%)的优势占主导地位。在用纯甘油喂养293天后,在附着的生物膜或生物量中生长的悬浮液中,两个分类单元的丰度均下降到小于10%。梭子座属和雷诺罗卡科家族的成员随后成为多数。在用粗甘油进食后的时期,梭状芽胞杆菌仍然是生物膜中的多数属。然而,它在悬浮液中部分替换为非甘油降解细菌的Eubacterium。这一事实以及生物膜中其他甘油降解属的流行率,例如磷酸胶产物和乳酸杆菌,表明附着在硅酮支撑上的细菌负责将甘油转化为1,3-PDO。因此,为了提高1,3-PDO的生产率,一种良好的方法是最大化反应堆支撑量。其他不降解甘油的属,例如厌氧菌和乙美环,以牺牲细胞衰减材料为代价。规范对应分析表明,甘油的起源是生物反应器操作期间要考虑的重要变量,用于产生1,3-PDO,而甘油加载速率却不是。
为此,在可生物降解的聚合物和三种可生物降解聚合物的商业混合物(在中等含量和嗜热条件下)进行了批次厌氧消化实验。在中嗜和热嗜热条件下,仅聚(3-羟基丁酸)(PHB)和热塑性淀粉(TPS)表现出快速(25-50天)和重要(分别为57-80.3%和80.2-82.6%)向甲烷的转化为甲烷。从乳酸(PLA)(PLA)的甲烷生产速率非常低,在一定程度上,需要500天才能达到最终的甲烷产生,这对应于PLA转化为74.7-80.3%的PLA转化。在嗜热条件下,PLA的甲烷生产速率大大提高,因为仅需要60至100天才能达到相同的终极甲烷产生。乳酸利用细菌,如易二菌,摩尔菌和tepidanaerobacter很重要。同样,在38°C和58°C的TPS消化过程中突出了淀粉降解的细菌(来自梭状芽孢杆菌)。先前已知的PHB降解器(即,在pHB的嗜嗜和热嗜热AD期间,观察到肠杆菌,肠杆菌,delafieldii和cupriavidus)。