固定化光合细菌处理有机废水过程产氢的研究——Ⅱ.红假单胞菌菌株D利用有机物光产氢的特性

应用固定化细胞技术,研究红假单胞菌菌株D(Rhodopseudomonas sp.D)利用有机物光产氢的过程特性,发现以琼脂包埋的固定化细胞,在以苹果酸作为基质的条件下,光照培养120h,总产氢量达到119.5ml,产氢速率为19.92ml(1·h)~(-1)。与悬浮细胞相比,产氢能力提高90％,而且光产氢持续时时延长。菌体菌龄、颗粒内生物量、光照强度、光照/黑暗时间、基质初始pH以及基质浓度均影响产氢过程。试验还证实除苹果酸外,废水中常见污染物如葡萄糖、乳酸、丙酸也是良好的产氢基质。本实验结果表明用光合细菌处理有机废水同时回收氢能的可能性。     

利用乙酸光合细菌产氢的研究

通过间歇批次实验研究了不同乙酸浓度对光合细菌产氢速度、底物转化率、能量回收率等方面的影响,同时对氮源浓度进行了优化。研究结果表明:最佳的乙酸浓度为40mmol/L,在此条件下最大产氢速度、底物转化率和能量转化率分别为1.17mL/L、1.09mol-H_2/mol acetate和27.3%。当乙酸浓度为40mmol/L时,最佳的氮源浓度为8～9mmol/L。     

固定化光合细菌利用低分子有机酸的产氢特性

通过固定化光合细菌对低分子有机酸进行了光合产氢的批式试验研究.利用修正的Gompertz方程进行产氢动力学分析,并且对产氢过程中pH变化、有机酸的氢转化率以及有机酸初始浓度对产氢的影响等进行了分析.结果表明固定化能提高产氢率,以海藻酸钠为固定化载体的产氢效果最佳.同时发现有机酸产氢存在最佳初始浓度,其中乳酸产氢的最佳初始浓度为0.049mol/L,对于乙酸、丙酸和丁酸这3种小分子羧酸,其最佳初始浓度的大小随着有机酸碳原子数的增加而减小,即乙酸(0.043mol/L)丙酸(0.029mol/L)丁酸(0.022mol/L).乙酸的最大氢转化率最高,达到65.3%.浓度对氢气含量没有影响,而对于乙酸、丙酸和丁酸,氢气含量随着有机酸碳原子数的增加而增大.     

序批式培养沼泽红假单胞菌光照产氢的能量分析

实验研究了沼泽红假单胞菌产氢过程中光波长及光照强度对产氢量、光能光生化转化率、底物能量光生化转化率及合成生物量的能量消耗率影响.结果表明:同种波长光作用下光合细菌的光生化转化效率随光照强度增加量呈下降趋势;相同光照强度下590nm光作用的光生化转化率最高,实验得到最高的光能光生化转化率为31.91%;光波长为470nm时,相同光照强度下,光合细菌产氢过程表现最低的效率.因此产氢过程受光照强度及光波长共同影响,不同波长光引起的色素分子能级跃迁形式不同,产生不同的光化学途径,低光照强度下,主要进行葡萄糖发酵,光照强度适宜,则以产氢代谢为主,高光照强度下,则对生理代谢产生抑制作用.同时在590nm,6000lx条件下,其产氢代谢中合成生物量和产生氢能的能量消耗占总能量的利用率仅为7.37%,其余大部分能量被细胞呼吸作用消耗或转变为中间代谢产物能量.     

光合细菌利用葡萄糖产氢过程中菌体衰亡性研究

研究了葡萄糖作为产氢基质在产氢过程中对光合细菌的生长活性及产氢的影响,分析了产氢过程中菌体生长活性下降发生衰亡的原因,并就抑制菌体发生衰亡的相关措施进行了初步探讨.研究发现:光合细菌利用葡萄糖产氢过程中细胞生长活性下降迅速,葡萄糖会抑制菌体的生长,促使细胞衰亡.产氢过程中批次添加葡萄糖虽然可以在一定程度上抑制菌体的衰亡,但对产氢并没有促进作用,产氢速率低,产氢总量只达到对照组的87%.产氢过程中外源调节菌液pH值对菌体的生长及产氢有显著促进作用,细胞生长达到对照组的1.46倍,产氢总量达到对照组的1.36倍.     

猪粪污水浓度对球形红假单胞菌光合制氢的影响

通过猪粪污水光合制氢技术的实验,重点研究了畜禽粪便污水原料浓度对利用红假单胞菌(RHODOBACTERSPHAEROIDES)1.1737菌株进行光合产氢的影响规律,结果表明光合产氢量与原料浓度成正比,当畜禽粪便污水中的COD含量为5687MG/L时的体积产氢率可达23.7ML/(L.D),则单位COD体积产氢率达11.3ML/(G.D),将光合生物制氢和畜禽粪便污水处理有机地结合起来,具有显著的社会、环境和经济效益,为畜禽粪便资源化技术研究开发提供科学参考。     

光合产氢细菌优势菌群富集及其产氢实验研究

利用特殊培养基从光照充裕、有机质含量高的猪场粪便排放处的污泥中富集培养光合细菌混合产氢菌群,对该混合菌群的产氢培养基进行优化,并研究混合菌群的产氢特性。实验结果表明,此菌群的最佳产氢培养基配方为:氯化铵0.4g/L,氯化镁0.2g/L,酵母膏0.1g/L,磷酸氢二钾0.5g/L,氯化钠2.0g/L,谷氨酸钠3.5g/L。此菌群以1%的葡萄糖为基质时,产氢时间长达204h,最大产氢量为3.41L/L,最大产氢速率为44.17mL/(L.h),最高氢气含量为46.73%,具有工业化应用价值。     

固定化甲烷八叠球菌处理高浓度有机废水的研究

为了克服用PVA固定甲烷八叠球菌存在的缺点,而采用吸附包埋法对甲烷八叠球菌进行了固定,并用人工配制的高浓度有机废水对吸附包埋的甲烷八叠球菌特性进行了研究。55d的运行数据表明,吸附包埋的甲烷八叠球菌在处理人工废水时取得了明显的效果。COD最高容积负荷为14.7kg/(m3·d),最高去除率为94.29%,最低水滞留期为16.4h,甲烷含量为65%～73%。运行过程中的挥发酸(主要为乙酸)含量小于0.2%。运行期间固定化介质不上浮、不膨胀,具有很好的传质和脱气性能,较好地解决了包埋法固定化中存在的问题。     

光合细菌小分子酸醇产氢试验研究

以光合产氢混合菌群为研究对象,研究了光合细菌在乙酸、乙醇、乳酸、丁酸几种小分子脂肪酸条件下菌体的生长和产氢特性,详细考察了乙酸和丁酸对光合产氢细菌生长和产氢的影响.研究发现,乙酸、丁酸既是光合细菌良好的生长碳源,也是高效氢供体,光合细菌在乙酸和丁酸条件下产氢率分别达到2.05和2.81molH2/mol.光合细菌以乙酸和丁酸产氢时,乙酸和丁酸的最佳添加浓度均为40mmol/L;光合细菌在乳酸条件下有较高的生长活性,但乳酸并不是光合细菌高效氢供体,光合细菌在乳酸条件下产氢活性较低;乙醇既不是光合细菌良好生长碳源,也不是高效氢供体,乙醇对光合细菌的生长和产氢均有较强的抑制作用.