Fe对产氢发酵细菌发酵途径及产氢能力影响

经过对20株产氢发酵细菌的静态发酵试验，结果发现加入Fe的培养液中细菌发酵由原来的丁酸型发酵过程向乙醇型发酵过程转化；在有机物发酵产氢的两个主要途径中，Fe为必要成分之一，其参与促进酶促反应的进行。在相似培养条件下，单质Fe与Fe^2 均可诱导细菌代谢向乙醇型发酵转化，其中单质Fe的作用能力优于Fe^2 ；在细菌代谢过程中，单质Fe具有提高细菌发酵产氢能力的作用。     

丁酸型发酵产氢的运行稳定性

着重对发酵法生物制氢反应系统的丁酸型发酵的运行稳定性进行了研究分析。结果表明,在有机负荷大于21kgCOD/m3·d的条件下,丁酸型发酵具有不稳定性,在负荷冲击下容易转变为丙酸含量较高的发酵类型,从而导致系统产氢能力的下降。分析认为,NADH/NAD+的平衡调节能力是影响系统运行稳定性的一个关键因素。在高负荷条件下,由于丁酸型发酵的产丁酸过程不能氧化过剩的NADH+H+,导致产乙酸过程生成的剩余NADH+H+在系统内大量积累,使反应系统难以达到氧化还原的平衡状态,最终影响了系统的稳定运行。     

C/N对细菌产氢发酵类型及产氢能力的影响

反应基质中的C/N比作为影响因子,参与细菌的产能代谢过程,主要作用于微生物的自身合成代谢过程和有机物在微生物体内的生物氧化过程。乙醇型发酵过程中由于物质和能量转化问高度平衡细胞合成代谢处于较低的水平,而丁酸型发酵过程中,由于NADH H参与细胞合成代谢。所以发酵基质内C／N比过低,过剩的N源物质进一步促进了微生物细胞的合成代谢。并且导致的发酵类型向丁酸型发酵转变的现象,是微生物种群维持“内平衡”的适应性结果。分析认为反应基质中的C/N比作为影响因子,是作用于系统发酵产氢过程稳定性的主要因素之一。在试验及生产过程中,为了得到最佳产氢发酵类型一乙醇型发醇,应严格控制反应系统底物环境内C／N≥200,将微生物细胞合成代谢过程控制在较低的水平,在提高系统产氢能力及其稳定性的同时,降低系统剩余污泥的产生量。     

生物制氢反应系统的启动负荷与乙醇型发酵

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),以糖蜜废水为底物,研究了COD容积负荷对生物制氢反应系统启动过程中形成的乙醇型发酵产氢能力的影响。研究表明,在污泥接种量不小于6.24 gVSS/L、启动负荷为7.0 kgCOD/m3.d、水力停留时间(HRT)为6 h、系统pH、氧化还原电位(ORP)分别在4.0~4.3、-440~-470mV之间等条件下,可在30 d内完成乙醇型发酵菌群的驯化,实现生物制氢反应系统的快速启动。由不同启动负荷(3.0、7.0、10.0 kgCOD/m3.d)条件下形成的乙醇型发酵菌群,在相同的运行条件下其产氢能力存在着差异。当系统容积负荷为30 kgCOD/m3.d时,由启动负荷为7.0 kgCOD/m3.d条件下驯化形成的乙醇型发酵菌群比由启动负荷为3.0 kgCOD/m3.d条件下驯化形成的乙醇型发酵菌群产氢能力高56%。     

秸秆发酵产氢的碱性预处理方法研究

以麦秆、稻草和滤纸为发酵底料,以厌氧活性污泥为接种物,采用不同的预处理方法去除木质素并提高纤维素的降解率,从而提高其发酵产氢能力。试验表明对于相同的底料,经过NaOH预处理和纤维素酶解后的还原糖含量、总产气量、总产氢量和氢气浓度都要高于经过氨水预处理的底料,而未经过预处理的底料发酵产氢能力最差。利用10g经过NaOH预处理的麦秆和稻草,经纤维素酶解后在发酵产氢过程中的降解率分别为23.2%和12.5%,总产氢量分别为363.3mL和254.9mL,发酵产气中氢气浓度分别为23.8%和29.1%。发酵液相中主要产物为乙醇、乙酸和丁酸。     

生物制氢反应器产氢产乙酸菌群对挥发酸的转化

采用间歇培养的方式,利用取自生物制氢反应器的厌氧活性污泥考察了活性污泥中产氢产乙酸菌群对乙醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和乳酸的转化和产氢。结果表明,培养时间为44h时,厌氧活性污泥发酵葡萄糖的累计产气量为356mL,累计产氢量为209mL,氢气含量为58.7%。发酵产物的组成成分乙醇为427.1mg/L、乙酸为716.5mg/L、丙酸为172.5mg/L、丁酸为689.4mg/L、戊酸为123.6mg/L。发酵生物制氢反应器厌氧活性污泥中产氢产乙酸菌群能够对乙醇和乳酸进行产氢产乙酸转化,厌氧污泥转化乙醇形成的乙酸含量约为270mg/L,累计产氢量为15mL;转化乳酸形成的乙酸含量约为190mg/L,累计产氢量为7mL。厌氧污泥不能对乙酸、丙酸、丁酸和戊酸进行产氢产乙酸转化,培养过程中也没有气体生成,分析认为产氢产乙酸菌群对挥发酸的转化不是发酵生物制氢反应器产氢的主要途径。     

厌氧高效产氢细菌的筛选及其耐酸性研究

采用厌氧Hungate技术 ,从生物制氢反应器厌氧活性污泥中分离到 18株发酵产氢细菌 ,并从中优选出 1株高效产氢细菌B4 9。通过间歇试验 ,B4 9获得最大比产氢速率QH2 为 2 5 .0mmol/g·h ,单位体积产氢量YH2 为 1813.8mL/L ,氢气含量为 6 4 .15 %。B4 9菌株为乙醇型发酵产氢细菌 ,具有良好的耐酸性 ,在 pH3.3仍能生长。发酵产氢和细菌生长的最适 pH值约为 3.9～ 4 .2。     

产酸发酵细菌产氢机理探讨

生物制氢技术在世界范围内受到了普通重视，对于生物产氢的机理研究也在不断深入，为生物制氢技术的开发打下了坚实的基础。该文在前人研究成果的基础上，对产酸发酵细菌的多种产氢途径和机理进行了全面探讨。分析认为，在产酸相反应器中的产酸发酵细菌，其主要产氢途径是丙酮酸脱羧产氢和辅酶Ⅰ的氧化与还原平衡调节产氢。通过生化反应的热力学分析证明，即使是氢分压高达0．5个标准大气压时，只要生境中pH值小于4．78，NADH＋H^ 转化为氢的过程就可以顺利进行。     

发酵条件对发酵产氢细菌B49产氢的影响

采用间歇发酵实验，研究了葡萄糖浓度、接种量、温度、氮源、不同有机底物对发酵产氢产酸细菌新菌种IM9(AF481148 in EMBL)生物产氢的影响。结果表明，接种量影响IM9的产氢；IM9生长和产氢适宜温度均为35℃；IM9不能利用无机氮源，而有机氮是IM9生长、产氢的适宜氮源；葡萄糖是IM9发酵产氢的最适宜底物，当浓度为10g／L时，IM9的葡萄糖利用率为100％，氢气得率为1．69molH2／mol glucose；此外，IM9可利用小麦、大豆、玉米、土豆及糖蜜废水和啤酒废水产氢，其中利用糖蜜废水、啤酒废水产氢分别为137．9ml H2／g COD和49．9ml H2／g COD。     

发酵产氢面临的问题及对策

氢是一种高效、清洁、可再生的燃料，通过发酵的方式产生氢气，已经成为国内外研究的热点。目前，这一新兴技术的研究取得了可喜的成果。文章在综合国内外发酵产氢技术的基础上，通过比较沼气发酵和产氢发酵的技术成果，揭示了挥发性有机酸反馈抑制是制约生物法发酵产氢的关键因素，提出了如何提高氢的转化率和发酵稳定性的措施和对策。     

沼气微氧发酵过程硫转化及微生物群落

以水稻秸秆与猪粪为原料,探究微氧发酵过程中S元素的转化与微生物群落特征以及通氧量的影响。结果表明,厌氧发酵过程中原料的S元素约有65.7%转化为H2S进入沼气,19.0%进入发酵后的沼液,15.3%残留在沼渣中。微氧条件下,沼液中S2-的浓度(100 mg/L)远低于厌氧条件的250 mg/L,约71.8%的S元素转化为H2S然后被氧化成为S单质和少量SO42-。H2S去除效率随通氧量的增大而增大,当通氧量为11.85 L/m3沼气时,约96%的H2S被氧化脱除。根据高通量测序结果,与厌氧发酵相比,在微氧条件下,沼液中微生物多样性仅有轻微变化,比较稳定;硫氧化菌明显增多,而产甲烷菌无明显变化。较高浓度硫氧化菌的存在,有利于沼气中H2S的及时转化,可减轻H2S对产甲烷菌活性的抑制,从而促进厌氧发酵的进行。     

纤维素水解发酵制燃料乙醇的过程模拟及火用分析

通过Aspen Plus模拟纤维素制水解发酵制取燃料乙醇工艺的仿真模型并计算全流程数据。对系统进行分析,计算主要单元的流、损失和效率。研究结果表明:计算获得工艺的物流和能流数据,可作为生命周期评价的基础;当进口秸秆原料参考江苏省内玉米秸秆收集资源量年输入242万t时,原料利用率达到23.10%,因此该工艺具有工程实践的潜力;粗馏塔的损失占系统41.61%为最大,因为该单元中流量存在较大变化;系统损失分布中粗馏塔和其他部件损失占比较高,因此为优化系统能量结构,水循环、热循环、锅炉燃烧系统还需优化调整。     

沼液中全氮含量的影响因素试验研究

利用BIOF-2010型生物发酵罐等试验仪器，测定了发酵温度、原料浓度、搅拌速度、接种量和pH值等不同发酵工艺条件参数对沼液中全氮含量的影响。实验结果表明：原料浓度对全氮的影响较为明显，增大接种量可加大沼液中全氮含量的变化幅度，pH7时，测定出的全氮含量变化幅度较大。     

城市有机垃圾厌氧干发酵研究

在２０－５０％ ＴＳ浓度下，采用厌氧消化污泥作接种物，ＴＳ量与接种物量之比为１０：１，可保证有机垃圾厌氧消化过程正常进行。这时垃圾的生物降解量、产沼气量和产甲烷量均随ＴＳ浓度的增高而降低，ＴＳ浓度为５０％时降低幅度最大。产甲烷过程，挥发酸量和每克ＴＳ和ＶＳ的产气量均与ＴＳ浓度有关。     

狼尾草高底物同步糖化乙醇发酵全残留物产甲烷特性研究

以汽爆狼尾草的高底物浓度乙醇发酵全残留物为底物,进行甲烷潜力测试(BMP)以及单相全混式连续搅拌反应器(CSTR)厌氧消化实验,以验证乙醇发酵全残留物的产甲烷特性及残留物中各组分在生产清洁能源甲烷时的底物贡献率。经过50 d的BMP实验,甲烷产量最终达到884 mL,相应的甲烷产率为390.6 mL/g VS,其中纤维素和半纤维素在第10天达到产气高峰,累计产气量占全残留物累计产气量的48.2%,小分子酸和酶与酵母在第2天达到产气高峰,其产气量分别占全残留物累计产气量的22.4%和26.4%。随后使用CSTR反应器进行单相厌氧消化,有机负荷从1.5 g VS/(L·d)逐渐提升至3.5 g VS/(L·d),最终获得457.1 L/kg VS的甲烷产率和47.3%的挥发性固体(VS)去除率。结果表明:狼尾草作为一种木质纤维素原料,在获得满足工业蒸馏需求的乙醇浓度后,其发酵全残留物仍可作为良好的底物通过厌氧消化制取甲烷,不仅减少工艺的环境排放负荷,而且可提高原料的利用率。     

苇沟大型猪场猪粪沼渣在黄瓜栽培上的应用

用絮凝后的猪粪沼渣和沼水在黄瓜栽培上应用试验结果表明，用沼渣作基肥效稍优于等量Ｎ，Ｐ，Ｋ化肥，用沼水作追肥肥效明显低于等Ｎ化肥。沼渣中所含的Ｃａ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｍｏ等元素与黄瓜植株中所含的元素种类基本一致，长期应用沼渣可保持土壤肥力平衡，应用絮凝沼渣与化肥混合配成的复肥作基肥后，瓜中许多元素的含量低于其他处理，此现象可能与沼渣絮凝剂和加工工艺有关。