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。     

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。     

混合菌种利用淀粉在光照及黑暗条件下的产氢

进行了混合菌种利用淀粉进行光反应和暗反应的产氢对比试验.结果发现光合反应的产氢率以及产氢速率均高于暗反应,但产氢时间滞后于暗反应.对反应的菌液进行了DNA提取、纯化以及PCR扩增,通过对DGGE图谱分析,发现光反应和暗反应的样品条带在数量和亮度上都存在一定差异,暗反应条件下产氢的优势菌群要略多于光合反应的菌群.随着淀粉浓度的增加,光合反应和暗反应的产氢总量均增大,但产氢率降低,其中光合反应的降低尤为明显,从2g/L淀粉浓度时的9.8mmol H2/g淀粉降低到40g/L淀粉浓度时的3.3mmol H2/g淀粉,产氢率降低了66%,而暗反应产氢率降低了43%.光合反应的尾液中,丁酸含量最高,而暗反应的尾液中,乙酸含量最高.     

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。     

光合产氢混合菌群的碳源代谢实验研究

以红螺菌科光合产氢混合菌群为研究对象,通过血清瓶培养实验,研究不同碳源对光合细菌生长和产氢过程的影响。结果表明:光合细菌能有效利用乙酸和丁酸快速增殖和产氢,其中以乙酸最佳,促使光合产氢混合菌群增殖的最佳乙酸浓度为80mmol/L,最佳产氢浓度为40mmol/L。光合产氢混合菌群利用乳酸增殖产氢的能力较低,而乙醇则对其表现为抑制效应。     

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。     

耐盐产氢菌C.beijerinckii n232的分离及产氢能力研究

从秦皇岛海滨泥沙样品中分离获得一株具有耐盐性的产氢细菌,编号为n232。通过生理生化鉴定和16S r DNA系统发育分析,确定该菌株为拜氏梭菌的新菌株,命名为Clostridium beijerinckii n232(KU750806)。菌株n232发酵产氢的最适碳源为葡萄糖,葡萄糖的最适初始浓度为10 g/L;最适初始p H为7.0;蛋白胨与酵母粉的最佳投加量分别为3 g/L和2 g/L;投加NaCl可以促进细胞生长,提高比产氢率。使用优化的培养基,发酵24h,菌株n232获得的最大细胞干重为1.13 g/L,最大比产氢率为2.14 mol/mol。耐盐发酵产氢细菌的筛选为高盐度有机废水资源化提供了新的思路。     

Fe3O4纳米颗粒对玉米秸秆光发酵产氢的影响

以HAU-M1光合菌群作为发酵细菌,以玉米秸秆为发酵底物,研究Fe₃O₄纳米颗粒对光发酵产氢过程的影响。结果表明:粒径60 nm的Fe₃O₄纳米颗粒浓度为100 mg/L时,比产氢量达到(46.68±1.00)mL/g VSS,与对照组的(35.07±0.56)mL/g VSS相比提升(33.11±0.01)%,此时的能量转化率也提高33.10%。产氢动力学分析结果也表明Fe₃O₄纳米颗粒对反应体系有明显的影响,粒径60 nm的Fe₃O₄纳米颗粒浓度为100 mg/L时,最大产氢潜能和最大产氢速率分别为46.97 mL/g VSS和1.06 mL/(g VSS·h)。适宜的Fe₃O₄纳米颗粒的粒径和浓度能显著促进光发酵产氢能力,而浓度过高则会产生抑制作用。     

玉米秸秆酶解与厌氧发酵产氢实验研究

以粒度小于0.088 mm秸秆粉的酶解液为底物与热预处理活性污泥(其中TS%为6.77%,VS%为47.90%,COD为36.665 g/L)进行厌氧发酵产氢实验,以累积产氢量和产氢速率为考察指标,研究不同热预处理(100℃水浴)时间、初始p H值、酶解液浓度、发酵温度对厌氧发酵产氢的影响,并利用修正的Gompertz方程对产氢过程进行回归分析,优化出最佳玉米秸秆酶解液厌氧发酵产氢的工艺参数。结果表明:活性污泥利用玉米秸秆酶解液进行厌氧发酵产氢时,当活性污泥热预处理时间为15 min、初始p H值为5.0、玉米秸秆粉酶解液浓度为22.34 mg/m L、发酵温度为40℃时,产氢效果最佳,此时最大累积产氢量达到653.98 m L,最大产氢速率为15.89 m L/h。     

活性污泥驯化对棉花秸秆厌氧发酵产氢的影响

采用棉秆厌氧发酵制氢,既可实现农业废弃物的资源化利用,又可获得可再生能源——氢气。以棉花秸秆为发酵底物,以污水处理厂活性污泥为产氢菌源,主要研究活性污泥驯化时间(煮沸时间、培养时间、超声波处理时间)及污泥质量等因素对棉花秸秆产氢性能的影响。结果表明,25g活性污泥未经驯化时,棉花秸秆厌氧发酵产氢性能较低,累计产氢量仅为34.60m L/g。当活性污泥经驯化后,棉花秸秆的产氢性能大幅提高,活性污泥质量为25g、煮沸15min、超声波处理120min、培养12h时,棉秆厌氧发酵制氢效果最佳,最大累计产氢量为51.46m L/g,相比未驯化时提高近50%,平均产氢速率为9.36m L/(g·h),混合气体中氢气物质的量分数为42.12%。污泥驯化后极大地提高了棉花秸秆发酵制氢效率,为低成本、规模制氢技术奠定了基础。     

丁酸型产氢细菌WN9利用谷糠发酵的产氢特征

该研究从牡丹江江滨公园的河道底泥样中筛选获得1株丁酸型发酵产氢细菌的新菌株Clostridium butyricum WN9,并分别以葡萄糖和小米内、外壳谷糠为底物进行发酵产氢实验。实验结果表明:以葡萄糖为底物时,最大比产氢率为1.89 mol/mol;以小米内、外壳谷糠为底物时,内壳谷糠更易被利用,最适宜的内、外壳谷糠浓度分别为50,30 g/L,最大比产氢率分别为20.1,12.7 mL/g;低初始pH值条件(pH6.0)有利于提高谷糠转化效率,当内、外壳谷糠浓度均为50 g/L,初始pH值为6.0时,最大比产氢率分别提高至21.5,15.5 mL/g。     

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。     

氮源对莱茵衣藻生长和产氢的影响

实验通过向莱茵衣藻培养基中加入不同浓度的甘氨酸和尿素,观察它们对莱茵衣藻细胞数和叶绿素含量的影响,筛选生长状态最佳的甘氨酸和尿素浓度,进而检测它们对衣藻产氢量和耗氧量的影响.结果表明甘氨酸和尿素的添加量分别为2.0g/L和0.5g/L时,莱茵衣藻的细胞数和叶绿索含量最高,此时产氢量提高了2～16倍,该结果为利用衣藻产氢的研究奠定了实验基础.     

基于UASB反应器的厨余厌氧发酵产氢研究

针对目前厨余连续流发酵产氢处理负荷不高、产氢率较低的难题,采用UASB反应器进行厨余发酵产氢研究。在温度为30℃,进水COD浓度为2 000~10 000 mg/L,水力停留时间为2~6 h条件下,产氢速率最大达到17.04 L/(L.d)。反应器内有颗粒污泥的形成,平均生物量达到6.17 g/L,为氢气的产生提供了有利保障。当出水pH为4.2~4.4,碱度为260~340 mg/L的条件下,乙醇和乙酸占挥发酸总量的89.2%,形成稳定的乙醇型发酵类型,反应器最高处理负荷COD达到60 kg/(m3.d)。试验结果表明,UASB反应器具有更高的产氢效能和更加稳定的产氢效果,能够为厨余发酵产氢提供有利的保障。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

氨氮对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

研究了以尿素作为氮源时对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响.研究结果表明,随着尿素添加量的增大,体系中氨氮的浓度逐渐增大,当氨氮浓度在3.58～7.89g/L的范围内,对氢气的产生有促进作用;氨氮浓度超过7.89g/L时,体系的氢气产量开始下降,氨氮浓度为6.24g/L时得到最大氢气产率(126.8mL/g VS);然而,当氨氮浓度超过5.93g/L时,体系反应的延迟时间超过了13.64h,因此综合考虑氢气产量和产氢效率,应该控制反应过程中氨氮的浓度低于6g/L.反应后,液相中的主要产物是乙酸和丁酸,随着尿素投加量的增大,体系中丁酸的浓度逐渐减少,乙酸的浓度增大,但两者的浓度和所占总有机酸的比例都约为80%,没有明显变化;丙酸和戊酸含量较少,且变化不大.