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…

应用固定化细胞技术，研究红假单胞菌菌株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，在以苹果酸和为基质的条件下，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     

解偶联剂CCCP调控海洋绿藻Platymonas subcordiformis 的光照产氢特征

研究了不同浓度解偶联剂CCCP对海水绿藻Platymonas subcordiformis 光照产氢的影响.研究结果显示:厌氧暗诱导后,PSII光化学活性、光合放氧能力和光照产氢能力与CCCP浓度密切相关;藻液中CCCP浓度超过4μmol·L~(-1)时,藻细胞PSII光化学活性被持续抑制,光合放氧能力明显降低,密闭藻液体系能够保持厌氧状态,进行光照产氢12h以上;光照产氢所需电子的90%来自PSII光解水,10%来自内源底物代谢;随着CCCP浓度增加,其对氢酶活性的抑制作用增强.同时,研究了10μmol/L CCCP对不同pH藻液直接光照产氢的影响.     

影响天然混合红螺菌产氢因素的实验研究

研究了以葡萄糖为基质利用天然混合红螺菌生产氢气的影响因素。结果表明，天然混合红螺菌产氢必须在光照、厌氧的条件下进行，在实验范围内较高光强度对天然混合红螺菌的产氢比较有利，并提出天然混合红螺菌产氢的最佳产氢工艺条件，即温度为32℃-40℃，pH值为5—8，接种量为5％～15％。添加有机氮源可使产氢量大幅度提高，天然混合红螺菌在最佳产氢工艺条件下以1％的葡萄糖为基质时的最大产氢量为1．62L／L，具有较好的工程应用前景。     

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。     

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。     

莱茵衣藻和根瘤菌共培养提高产氢条件的优化

将莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)以不同比例与日本慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)混合,在不同光照条件下进行产氢培养,以确定产氢的最优条件和探索产氢提高的机理。结果表明:藻菌共培养的最优产氢条件为25℃、光照200μE/(m~2·s)、生长至饱和期的菌和藻体积比为1∶80,产氢量最大,约为272μmol/(mg Chl),是对照组的17.0倍。藻菌共培养提高产氢量的主要原因是体系中O_2浓度的降低使氢化酶活性提高以及衣藻生物量的增加。     

折流型光纤束生物膜制氢反应器的产氢特性

针对连续流光合细菌生物膜制氢反应器研究中遇到的难以同时实现细胞固定化和保持反应器高透光性的问题,采用使光合细菌生物膜直接附着生长在具有高导光性的弥散光纤表面的方法,构造了新型折流型光纤束生物膜制氢反应器。在以葡萄糖作为有机底物,模拟太阳光光工况的条件下,对该反应器的连续产氢特性进行实验研究。结果表明该反应器具有较高的产氢速率和光能转化效率。当反应器进口底物浓度为11g/L,流速为100mL/h,光照强度为5.10W/m2时,反应器的产氢速率和光能转化效率分别达到0.6mmol/(L.h)和3.64%。本研究成果可为规模化光生物制氢反应器的结构探索提供参考。     

HAU-M1光合产氢细菌的生理特征和产氢特性分析

从有机污泥中富集得到HAU-M1光合产氢细菌菌群,其主要包括深红红螺菌、荚膜红假单胞菌、沼泽红假单胞菌、类球红细菌、荚膜红细菌等5种光合细菌,且质量分数分别为27%、25%、28%、9%、11%,采用Curve Expert软件拟合得到不同生长条件下HAU-M1光合产氢细菌的生长效率方程及以猪粪污水耦合1%葡萄糖为底物产氢的Gompertz方程。结果表明:当温度为30℃,光照强度为2080 lx,p H值为6.8,接种量为45%时,HAU-M1光合产氢细菌的生长效率最高,最大可能产氢量为1388 m L/L,最大可能产氢速率为27.3 m L/(L·h),产氢延迟期为13.2 h。     

预处理方法对活性污泥利用木糖产氢的影响

以木质纤维素水解后的主要单糖——木糖为底物,研究了酸处理、碱处理、热处理、红外照射处理活性污泥对发酵产氢过程中的产氢量、产氢速率、产氢延迟时间的影响。实验结果表明:在100℃的条件下,最佳热处理时间为10min,在该条件下,80ml培养基累计产氢量和每小时最大产氢速率分别达到312ml和22ml/h,较未处理的活性污泥分别提高133%和50%;最佳的酸处理条件为pH=4,处理活性污泥24h,可使产氢的延迟期由10h缩短为2h,累计产氢量和产氢速率分别提高58.2%和42.5%;红外处理和碱处理对产氢的延迟期没有影响,对累计产氢量和产氢速率的影响也相对较弱。     

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.     

光照波长对HAU-M1光合菌群产氢影响的研究

以菌体干重、比产氢速率、pH值和葡萄糖浓度等为主要实验指标,研究不同波长光源对HAU-M1光合菌群生长及光发酵产氢的影响,并用产氢动力学对光合菌群产氢进行分析.结果表明:相同光照强度下,相对于连续全光谱,492～622 nm波长光照能促进光合菌群生长及产氢;492～577 nm波长下菌群生长及产氢效果最佳,菌体干重达到...     

热处理对污泥厌氧发酵产氢的影响

通过对污泥进行热处理来提高污泥厌氧发酵产氢的能力.结果表明:热处理是一种有效的污泥融胞方法,热处理对糖和蛋白质的水解效果好,热处理后污泥中可溶蛋白质浓度为原污泥的6.4～8.9倍,可溶糖浓度为原污泥的1.6～7.9倍.75℃热处理10 min效果最好,最大累积产氢量可达20.3 ml,较原污泥提高了19倍;VS最大比产氢率为152.2 ml·(kg·h)-1.并用SGompertz方程对实验数据进行拟合,定量说明在不同的热处理温度和时间下,厌氧发酵的累积产氢量(y)和时间(x)的关系.污泥厌氧发酵产氢前后各指标都发生明显变化,NH4 -N和总挥发性脂肪酸(TVFA)的浓度都增加了,而可溶糖和可溶蛋白质的浓度都降低了.热处理后的污泥在厌氧发酵产氢过程中,主要降解的有机物为蛋白质,发酵后蛋白质可降解20%～41%.     

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.     

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.     

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。     

厨余与污泥联合发酵不同预处理产氢特性研究

以厨余垃圾和污泥为反应底物,加热预处理的污泥为发酵接种物,考察了对反应底物进行碱、酸和热3种预处理的发酵产氢特性.试验结果表明:经过预处理的反应底物中的可溶性营养物质(SCOD和还原糖)总量有明显增长;预处理后发酵所产氢气含量、比产氢速率和氢产率都有较大改善,其中以加热预处理提高效果最为明显,最大氢气含量、最大比产氢速率(VS)和最高氢产率(VS)为47.68%,2.89 ml/(h·g)和57.74 ml/g,相对于未经过预处理的发酵样品分别提高了0.89倍,5.14倍和3.16倍.     

S-TE预处理污泥厌氧发酵产氢

应用嗜热酶污泥溶解(S-TE)技术预处理剩余污泥,研究接种外在产氢菌(Enterococcus sp.LG1)和未接种外在产氢菌两种状况下,污泥发酵的产氢效果,并与相应温度(65℃)热预处理污泥的发酵产氢效果进行对比,分析探讨了污泥发酵产氢过程中底物和pH值的变化。结果表明:经S-TE预处理的污泥在未接种外在产氢菌时,产氢效果良好,最大产氢率(H_2/VS)高达16.3mL H_2/g,高出65℃热预处理污泥接种产氢菌15.6%,高出65℃热预处理污泥未接种产氢菌26.4%,发酵气体中只含有H_2和CO_2,不含CH_4,氢延迟时间短(3～4h),产氢率达最大值后能较稳定维持10h以上;S-TE预处理污泥接种产氢菌后,产氢效果不佳,最大产氢率仅为10.7mL/g。S-TE预处理污泥发酵过程中,可溶性蛋白质和可溶性糖是产氢发酵的主要营养物质。     

硫与间氯苯腙对海水绿藻Platymonas subcordiformis光照产氢特性的影响

对数生长后期海水绿藻Platymonas subcordiformis具有较高氢酶活性,分别采用培养基中无硫和添加解偶联剂CCCP的方法研究其光照产氢特征.结果表明:无硫连续光照期间,PSⅡ保持较高放氧活性,不能诱导氢酶表达进行光照产氢;厌氧暗诱导32h后,加入5、10、15和20μmol/L的解偶联剂CCCP后光照,PSⅡ光化学活性和光合放氧能力明显被抑制,藻液体系保持厌氧状态,能够持续光照产氢12h以上,光照产氢量分别为21.8、23.0、22.5和16.0μmol/mg Chl;合适浓度的CCCP能够促进绿藻直接光照产氢,但光照产氢量和产氢速率较低.     

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。     

光合细菌混合菌群HAU-M1产氢动力学实验研究

研究光合细菌混合菌群以葡萄糖为底物,光合产氢过程中的生长和产氢动力学特性,分析混合菌群利用葡萄糖产氢过程中的基质降解规律及代谢产物的生成规律。研究结果表明:光合细菌混合菌群以葡萄糖为底物产氢时,150 mmol/L的葡萄糖添加量是最佳添加浓度,产氢过程存在代谢产酸的过程,产氢高峰期葡萄糖主要代谢产物为乙酸,此时产气速率大;产氢末期葡萄糖主要代谢产物为丁酸,此时产气速率较低。建立基于Monod方程的光合细菌混合菌群产氢过程中的生长动力学模型,模型可较好地描述混合菌群产氢过程中生长延滞期和对数增长期菌体的生长变化规律,最大比生长速率μmax为0.214 h~(-1),饱和常数KS为8.257。建立光合细菌混合菌群产氢过程中的底物消耗动力学模型,模型可较好地描述混合菌群产氢过程中产氢延滞期和产氢高峰期的葡萄糖降解规律,细胞得率系数YX/S为0.352 g/mol,维持系数m为0.85。