光合细菌生物制氢

阐述了固氮酶催化的光合放氢和氢酶催化的黑暗厌氧产氢机制,描述了光合细菌原初反应的微观反应动力学以及电子定向转移和质子转位耦联驱动的三磷酸腺苷合成机制与固氮产氢过程。讨论了影响光合放氢的主要因素,如光、氧气、菌株特性、氢供体和氮源等。介绍了固定化、混合培养和重复分批培养等实用化技术和遗传工程技术在光合细菌产氢研究中的应用现状,并就存在的问题进行了讨论。最后对光合制氢技术的发展趋势和应用前景进行了评述。     

光合细菌制氢试验装置及其技术研究进展

综述了太阳能光合细菌制氢试验装置及其技术研究现状,通过分析太阳能光合细菌制氢试验装置的内置光源、多点分散布光、自然光源为主光源并辅以人工冷光源、改造反应装置内部结构、反应装置光源部分可拆装等技术途径,提出了太阳能光合细菌制氢试验装置的发展方向,为太阳能光合细菌连续制氢装置优化设计提供科学参考。     

光合细菌生物制氢反应器的现状分析

光合细菌制氢反应器开发是光合细菌产氢由实验室研究向实际转化的重要阶段。文章对目前国内外光合细菌制氢反应器发展现状进行了比较,分析了光合细菌生物制氢反应器开发存在的主要问题,提出以太阳作主光源的多点分布式内置光源反应器是生产化反应器开发的重要途径。     

玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢实验研究

制作了一种玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢反应器,研究了光合细菌的固定化过程及其产气特性,考察了底物中葡萄糖浓度、进料流速以及不同光源对细菌产氢的影响。实验表明,该反应器的最佳产气条件为:LED光源光强2 000 lux,葡萄糖浓度6 g/L,进料流速4 mL/min,产氢速率为61 mL/(h·m~2)。玻璃纤维既能增大光能的吸收量,又能增加光合细菌的生物量,从而能提高底物和光能利用率,获得较高的产氢效率。     

碳氮质量比对发酵细菌产氢性能的影响

利用间歇培养研究了碳氮质量比对纯培养制氢工程中发酵产氢细菌产氢性能的影响。结果显示发酵液中碳氮质量比对产氢细菌Rennanqilyf3的产氢能力和生长有显著的影响。最佳的Rennanqilyf3生长和产氢能力碳氮质量比为3.3,发酵产氢代谢产物以乙醇和乙酸为主,产氢量为3.18mmol,氢气体积分数达到50.8%,葡萄糖利用率为73.2%,终pH值变化不大。碳氮质量比可以成为调控发酵制氢的工程措施之一,最佳碳氮质量比为3.0—3.5。     

光合细菌利用有机废水连续产氢的试验研究

为考察光合细菌连续性生物制氢过程中碳源浓度、水力停留时间等因素对连续运行稳定性能和制氢量的影响,通过改变碳源浓度和水力停留时间来测定产氢量以及产氢率,确定最佳的连续运行条件。结果表明:光合细菌利用含糖废水为基质进行连续性生物制氢过程中,在最佳温度为30℃、最佳光照强度为3 000 Lux的情况下,且当葡萄糖质量浓度为12 g/L,水力停留时间为72 h时,产氢效率最高,连续产氢速率达45 m L/h。     

序批式光合细菌产氢过程中底物的消耗特征

以葡萄糖和蛋白胨为底物,采用光合细菌PSB-ZF1进行了序批式产氢实验。通过对静态产氢底物的分析,研究了细菌的生长及产气过程中底物与产物的变化规律。结果表明,光合细菌对数生长期在接种12 h后出现,氢的产生与PSB-ZF1的生长是偶联的,最大产氢量为475 mL/L底物。底物中TOC、TN含量随时间呈逐渐下降趋势,产氢末期底物中TOC和TN浓度分别降至初始浓度的27.6%和33.8%。而IC浓度和pH值呈先下降后升高趋势,120 h时pH值达到最低值5.7。在底物中检测到甲酸、乙酸、丁酸和戊酸等4种低分子有机酸,未检测到丙酸。产氢初始阶段,底物中的甲酸、乙酸、丁酸浓度变化不大,光合细菌代谢产戊酸而不产丙酸,戊酸浓度在96 h达到最大值3.013 mmol/L。产气末期戊酸和丁酸被细菌代谢消耗掉,甲酸浓度上升至2.813 mmol/L,整个产气过程,乙酸的浓度维持在1.10¹.83 mmol/L之间。     

序批式光合细菌产氢过程中底物的消耗特征

以葡萄糖和蛋白胨为底物,采用光合细菌PSB-ZF1进行了序批式产氢实验。通过对静态产氢底物的分析,研究了细菌的生长及产气过程中底物与产物的变化规律。结果表明,光合细菌对数生长期在接种12 h后出现,氢的产生与PSB-ZF1的生长是偶联的,最大产氢量为475 mL/L底物。底物中TOC、TN含量随时间呈逐渐下降趋势,产氢末期底物中TOC和TN浓度分别降至初始浓度的27.6%和33.8%。而IC浓度和pH值呈先下降后升高趋势,120 h时pH值达到最低值5.7。在底物中检测到甲酸、乙酸、丁酸和戊酸等4种低分子有机酸,未检测到丙酸。产氢初始阶段,底物中的甲酸、乙酸、丁酸浓度变化不大,光合细菌代谢产戊酸而不产丙酸,戊酸浓度在96 h达到最大值3.013 mmol/L。产气末期戊酸和丁酸被细菌代谢消耗掉,甲酸浓度上升至2.813 mmol/L,整个产气过程,乙酸的浓度维持在1.10~1.83 mmol/L之间。     

光合生物技术实现规模制氢

秦皇岛领先科技发展有限公司在国内率先构建成功持续高效产氢的“双突变”菌株，使得光合生物制氢走出实验室，并有望实现产业化。[第一段]     

发酵产氢细菌的紫外线诱变筛选高产菌株

引言厌氧发酵生物制氢主要依靠细菌的发酵产氢,而如何高效地利用细菌发酵产氢是一个非常重要的问题,高效厌氧产氢细菌的诱变选育研究就是为了找到高效产氢细菌并投入生产。环境微生物的育种仍是以使用物理诱变、化学诱变或两者复合诱变的诱变育种作为最主要的方法。通过诱变育种能达到以下几个目的:(1)提高氢气的产率;(2)改善菌种特性,提高产品质量;(3)简化工艺条件;(4)开发新品种,通过选择几种具有代表性     

光合细菌法综合处理丙酮——丁醇发酵废水

利用光合细菌生物氧化及物化法综合处理丙酮－丁醇发酵废水，ＣＯＤＣｒ去除率达９９％，光合细菌处理段ＣＯＤＣｒ容积负荷达６．５ｋｇＣＯＤＣｒ／ｍ＾３．ｄ，饲料蛋白回收率为１０ｋｇ／ｔ。该工艺使污染严重的丙酮－丁醇废水得以彻底处理，同时可获得一定的经济效益。     

苯胺废水光合细菌处理工艺中藻类的控制

在光合细菌处理高浓度苯胺有机废水的试验中,针对藻类大量繁殖引起的处理效果下降问题,采用了调控反应器的温度以抑制藻类繁殖的方法,使藻类密度由4 262～5 124 mL~(-1)降至213～662 mL~(-1).试验发现,当光合细菌反应器中的温度控制在27～29℃或31～33℃时,可明显抑制藻类的生长繁殖,而温度为29～31℃时,可促进藻类的生长繁殖.     

利用厌氧折流反应系统进行有机废水发酵制氢

以厌氧折流形式的发酵生物制氢反应器进行了连续流有机废水发酵产氢试验研究。反应器由有机玻璃制成,三格室,单格有效容积9.16L。以好氧生物处理系统剩余污泥为种泥,在容积负荷为8.89kg COD·(m~3·d)~(-1),水力停留时间为13.5 h,温度(35±1)℃等条件下,系统启动运行25 d后达到稳定运行状态。系统稳定运行时,总产气量和产氢量分别稳定在59.0 L·d~(-1)和32.0 L·d~(-1)左右。其中,第一格室、第二格室和第三格室的平均产气量及其氢含量分别为14 L·d~(-1)、25 L·d~(-1)、20 L·d~(-1)和50％、60％、50％。系统污泥的比产氢速率为76.64 L·(kg VSS·d)~(-1)。与同类生物制氢反应器相比,厌氧折流发酵生物制氢反应器具有结构简单、运行稳定、操作灵活、容积利用率高、生物持有量高以及运行费用较低等优点,在发酵生物制氢技术领域有很好的开发前景。     

焦化废水的光合细菌法处理

光合细菌具有在黑暗好氧和光照厌氧条件下合成与代谢的特点。本文通过试验证明,光合细菌法处理高浓度有机废水的适应性强、去除率高,是一种值得推广应用的处理焦化废水的新方法。     

制氢尾气二氧化碳回收装置设计

对制氢尾气二氧化碳的回收装置进行了简捷设计，流程分析，并对换热装置的换热量和传热面积给出了算法和有关数据。     

固定式质子交换膜燃料电池的天然气重整制氢

介绍了固定式质子交换膜燃料电池用氢气的各种天然气重整方法,其中包括水蒸气重整法、自热重整法和化学闭合燃烧法。同时简述了氢气进一步纯化的水煤气变换反应、选择氧化、变压吸附和气体膜分离脱一氧化碳的方法。通过上述重整和提纯的处理,最终能制备出满足固定式质子交换膜燃料电池要求的氢气。     

光合细菌降解对硝基苯胺废水的试验研究

采用光合细菌处理对硝基苯胺溶液,考察了对硝基苯胺初始含量、通气量、乙酸钠含量、温度、pH、光照度等对对硝基苯胺降解率的影响。结果表明,对硝基苯胺的初始质量浓度100 mg/L、通气量0.6 m3/(m.3min)、温度35℃、pH=7.5、光照度4 800 lx,经72 h降解率可达100%。对硝基苯胺降解反应动力学研究显示,米氏常熟Km为21.65 mg/L,最大反应速度为Vm=6.52 mg/(L.h)。反应过程总TOC降解率达98.2%,对硝基苯胺矿化率达81.0%,二次污染大为减少。     

活性污泥的连续流发酵产氢实验研究

采用好氧活性污泥为种泥,以连续流搅拌槽式反应器(CSTR)作为发酵生物制氢反应装置,对发酵法生物制氢系统的启动和运行进行了实验研究。反应器有效容积为10L,接种污泥取自哈尔滨啤酒厂有机废水好氧生物处理系统的二沉池。反应器在污泥接种量为6.09 g·L~(-1),进水有机物浓度2000 mg COD·L~(-1),pH 5～7,HRT 8 h和(35±1)℃的条件下启动,运行27 d后达到稳定的乙醇型发酵状态,最高产气速率和产氢速率分别达到10.1 L·d~(-1)和5.8 L·d~(-1)。在进水有机物浓度提高到4000 mg COD·L~(-1),其他控制条件不变的情况下,系统可在3 d内重新达到新的平衡,最高产气速率和产氢速率分别达到20.7 L·d~(-1)和10.8 L·d~(-1),而氢气含量和发酵类型未发生改变。     

污泥煤浆气化制氢工艺研究

介绍污水处理厂剩余污泥与煤制成污泥煤浆进行气化制氢的方法和流程,分析其经济性和可靠性。研究发现,污泥煤浆气化出口合成气有效气约为80%,冷煤气效率约为72%,合成气产出率约为86%。污泥煤浆制氢能耗约为20.5GJ/1000m3H2,污泥添加量每增加5%,单位制氢能耗增加1.5%。采用污泥煤浆制氢,主要原料成本约920元/1000m3H2,且随着污泥添加量的增加,制氢成本下降。采用污泥制氢能处理到非常难于处理的废弃物,具有很好的经济效益和环境效益。     

Pt/TiO_2光催化制氢的初步研究

对无氧条件下Pt/TiO_2光催化重整甲醇制氢的基本步骤进行简化,在同一体系中进行了光催化剂的合成和光催化制氢的两步反应。基于正交设计法对该复杂体系进行了分析,得到Pt载量、甲醇/水体积、灯距、前反应时间这4种影响因素的3个不同水平对放氢速率的影响。确定了最佳实验条件为Pt载量0.5％(mol)、甲醇/水体积比5:1、灯距12 cm、前反应时间3h。分析结果表明,Pt载量对放氢速率的影响最大。实验获得的最高放氢速率为5.84 ml·h~(-1)·g~(-1)。