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。     

乙醇型发酵与丁酸型发酵产氢机理及能力分析

氢气是一种新型清洁能源，方便快捷的制氢方法正日益受到重视，产氢－产酸发酵过程中氢气产生的主要途径为乙醇型发酵过程和丁酸型发酵过程，在对这两种发酵类型产氢机理及能力的理论研究及对比试验中，发现乙醇型发酵途径发酵产氢能力要优于丁酸型发酵过程（平均为25％－40％），并且该文将pH值和氧化还原电位（ORP）作为综合环境因子考察，通过与发酵过程产氢量指标相配合分析，认为乙醇型发酵过程是一种较佳的有机物生物发酵制氢途径。     

丁酸型产氢-产酸发酵细菌pH生态位探讨

本试验结果认为,细菌在3 86,或4 5>PH>5 3生态位理论。分析原因在于,试验过程中的环境因素———C/N比的降低,氮源物质浓度的提高,相应提高了微生物的合成代谢水平,并且使得细菌发酵过程在pH值较低的环境中,向合成代谢水平较高的丁酸型发酵转变。细菌发生丁酸型发酵是在环境内多种环境因子协同作用下进行的。该试验结果拓宽了前期理论研究中得到的丁酸型发酵生态位范围,为今后相关的理论研究及实际生产提供了理论依据。     

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。     

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。     

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。     

产氢细菌对不同单双糖的发酵产氢利用与效能

采用间歇培养方法,分别以单糖(葡萄糖、果糖、半乳糖和甘露糖)、双糖(蔗糖)作为产氢微生物培养基中的底物,对产氢微生物培养过程中的产氢效能进行了研究,探索产氢细菌对不同单双糖的发酵产氢的利用与效能.研究结果表明:不同单糖之间的气体产量差别较小,但是底物浓度对氢气产量影响很大;葡萄糖浓度10g/L是产氢菌SUES-1生长、产氢的适宜底物浓度;双糖(蔗糖)的产氢量大于相同浓度单糖(葡萄糖)的产氢量.     

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。     

复合有机氮对产氢新菌C.guangxiense产氢的促进作用

文章就有机氮源的复合配比对梭菌属新菌种的模式菌株C. guangxiense ZGM211T在发酵产氢过程中的生长和产氢的促进作用进行探讨。通过对产氢量、葡萄糖利用率、细胞干重和终点pH的研究,发现无机氮源无法被菌株ZGM211利用,而3种有机氮源可以通过不同途径影响菌株的产氢量:蛋白胨对细胞生物量的增长有明显的促进作用;牛肉膏的投加提升了底物的利用效率,并促进了氢气产量的增加;酵母粉不仅可以提升生物量,还对产氢有明显的促进作用。在培养基中投加3种有机氮源时,菌株ZGM211的产氢效率明显优于投加等量的双氮源或单一氮源。在最适宜的复合氮源(蛋白胨∶牛肉膏∶酵母粉=1∶2∶3)条件下,菌株ZGM211的最大产氢量(以单位体积培养基计)为63.40 mmol/L,葡萄糖利用率高达73.30%,细胞干重为1.48 g/L。     

预处理温度对活性污泥发酵产氢特性的影响

为寻求适宜的种泥热处理方法,利用摇瓶发酵实验,考察了城市污水处理厂好氧活性污泥分别经65、80、95、110℃热处理30min后,其利用葡萄糖发酵产氢的特性。结果表明:在初始pH=7.0、葡萄糖浓度10g/L、接种量2gMLVSS/L条件下,35℃培养72h,经65℃和95℃处理的种泥表现出较好的发酵产氢性能,其葡萄糖的氢气转化率分别达到1.08和1.11mol/mol,污泥的比产氢率分别为8.36和9.05mmol/gMLVSS;经65℃预处理的种泥发酵体系,表现为丁酸型发酵,其葡萄糖降解率和最大产氢速率分别高达82%和11.29mL/h,而经95℃预处理的种泥发酵体系则呈现混合酸发酵特征,其葡萄糖转化率和最大产氢速率分别仅为76%和4.45mL/h。     

产氢菌的投加方式对强化发酵菌群产氢的影响

通过间歇培养研究了产氢菌Ethanoligenens sp B49的投加方式对生物制氢反应器的混合发酵菌群生物强化作用的影响.结果表明,产氢菌的投加方式对发酵菌群的产氢能力有显著影响.产氢菌发酵液的直接投加使发酵菌群的产氢能力下降,并引起培养液中发酵产物乙醇和乙酸浓度的显著增加.分析认为,产氢菌发酵液对发酵菌群的末端产物抑制和低pH值抑制作用是导致产氢作用受到抑制的主要原因.离心后单独投加产氢菌菌体可提高发酵菌群的产氢能力,起到强化产氢的作用.投加10.8%的产氢菌强化发酵菌群时,培养45h的累计产氢量为155.0 mL.比强化前发酵菌群培养的产氢量提高了21.5%.因此在利用产氢菌生物强化发酵菌群的研究中,应采用离心分离后单独投加产氢菌菌体的方式进行生物强化.     

诱变育种选育高效产氢细菌

从自行研制的CSTR反应器中分离出一株产氢发酵细菌Ethanoligenens sp.ZGX4,以其为出发菌株,进行紫外和亚硝酸复合诱变选育,经过连续传代得到一株遗传稳定性很好的高效产氢突变株YR-3。在培养条件分别为36±1℃,初始pH为6.0,葡萄糖浓度为12g/L,其单位体积产氢量(Y_H_2)为3097.5mL/Lculture,产氢能力比对照提高70.5%,最大产氢速率为36.6mmol/g·drycell·h,比对照高出55.1%;发酵液相末端产物是以乙醇和乙酸为主的典型乙醇型发酵代谢类型。高效产氢耐酸突变体YR-3的释氢能力和产氢速率明显高于野生菌株ZGX4,显示了较强的商业应用潜力,也可为以后进一步探讨研究乙醇型细菌的制氢机制及代谢途径提供物质材料。     

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%。     

磷酸盐浓度对产氢细菌Ethanoligenens harbinense YUAN-3生长和产气的影响

以产氧发酵细菌YUAN-3(Ethanoligenens harbinense)为研究对象,通过间歇产氢实验,考察磷酸盐的浓度对YUAN-3生长和产气的影响.研究结果表明在磷酸盐浓度小于15mmol/L时,生物量较高,细胞干重大于0.4g/L;整个发酵过程的平均产氢速率和比产氢率在磷酸盐浓度为8mmol/L时达到最大,为5.92mmol/g-干细胞·h和2.86molH2/mol-葡萄糖.     

维生素B4对秸秆类生物质光发酵产氢的影响

以玉米秸秆类生物质为产氢原料,研究维生素B4对HAU-M1光合细菌生长和产氢过程的影响规律。结果表明,当维生素B4浓度为75 mg/L时,光合细菌生长情况最好,细菌干重最大值为0.934 g/L;维生素B4浓度为100 mg/L时,氢气累积产量达178 mL,比对照组显著提高了43.8%,对光合细菌产氢的促进效果最好;添加维生素B4对HAU-M1光合细菌发酵产氢过程的pH值影响显著,可减弱发酵液酸化,有利于光合细菌发酵产氢。显见,维生素B4对HAU-M1光合细菌生长及秸秆类生物质光合产氢具有明显的促进作用,可为进一步研究开发秸秆类生物质光合细菌发酵产氢工艺技术提供科学参考。     

氨基酸对光合菌群HAU-M1发酵玉米秸秆产氢能力的影响

为研究氨基酸对光合发酵产氢的影响,以玉米秸秆为产氢底物,以比产氢量为主要指标,分别添加不同浓度的L-半胱氨酸和L-苏氨酸,并对其累积产氢量、pH值、氧化还原电位(ORP)和产氢动力学结果进行分析.结果表明:L-半胱氨酸最佳浓度为0.6 g/L,此时比产氢量为(54.4±0.75)mL/g,比对照组提高45.45％;L-...     

海洋光合菌群利用乙酸产氢的实验研究

通过富集获得产氢海洋光合菌群,该菌群可以有效利用发酵产氢的关键副产物乙酸作为产氢碳源.温度、光照强度、起始pH和乙酸浓度都对该菌群产氢和生长有明显影响.当在30℃、4000lx光照和起始pH=8.0的条件下培养时,此光合菌群产氢量和底物转化效率较高.乙酸浓度对产氢影响巨大,低浓度乙酸的底物转化效率较高,但总产氢量不高;高浓度乙酸的底物转化效率不高,但总产氢量较高.此实验结果为海洋光合细菌与海洋发酵细菌偶联产氢提供科学参考.     

一株纤维素降解新菌种发酵玉米秸杆的生物产氢特性研究

试验从连续流发酵产氢反应器(ZL92114474.1)中分离筛选出一株高效纤维素降解产氢细菌Clostridium sp.X9.X9利用微晶纤维素(MC)作为发酵产氢底物,得到最大单位体积产氢量(YH2)、比产氢率(YH2/s)和纤维素降解率分别为780 mL H2/L-culture、5.1 mmol H2/g-cellulose和69.6%.采用酸、碱、氨水和酸化汽爆方式预处理玉米秸秆,结果表明,酸化汽爆方式可以获得最佳的预处理效果.X9利用酸化汽爆玉米秸秆(cSES)发酵产氢的YH2、YH2/8和纤维素降解率分别达到730 ml H2/L-culture、4.3 mmol H2/g-cellulose和64%.这说明新菌种X9在利用玉米秸秆类生物质纤维素发酵产氢方面具有很好的应用潜力.     

一株纤维素降解新菌种发酵玉米秸秆的生物产氢特性研究

试验从连续流发酵产氢反应器（ZL92114474．1）中分离筛选出一株高效纤维素降解产氢细菌Clostridilan sp．X9。X9利用微晶纤维素（MC）作为发酵产氢底物,得到最大单位体积产氢量（YH2）、比产氢率（YH2／s）和纤维素降解率分别为780mL H2／L-culture、5．1mmol H2／g-cellulose和69．6％。采用酸、碱、氨水和酸化汽爆方式预处理玉米秸秆,结果表明,酸化汽爆方式可以获得最佳的预处理效果。x9利用酸化汽爆玉米秸秆（cSES）发酵产氢的YH2、YH2／s和纤维索降解率分别达到730mL H2／L-culture、4．3mmol H2／g-cellulose和64％。这说明新菌种X9在利用玉米秸秆类生物质纤维素发酵产氢方面具有很好的应用潜力。     

一株纤维素降解新菌种发酵玉米秸秆的生物产氢特性研究

从连续流发酵产氢反应器(ZL9211474.1)中分离筛选出一株高效纤维素降解产氢细菌Clostridium.sp.X9,X9利用微晶纤维素(MC)作为发酵产氢底物,得到最大单位体积产氢量(YH2)、比产氢率(YH2/s)和纤维素降解率分别为780mL H2/L-culture、5.1mmol H2/g-cellulose和69.6%.采用酸、碱、氨水和酸化汽曝4种方式预处理玉米秸秆,结果表明,酸化汽曝方式可以获得最佳的预处理效果.X9利用酸化汽曝预处理的玉米秸秆发酵产氢的YH2、YH2/s和纤维素降解率分别达到730mL H2/L-cuhllre、4.3mmol H2/g-ceulllose和64.0%.这说明新菌种X9在利用玉米秸秆类生物质纤维素发酵产氢方面具有很好的应用潜力.