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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

产脂肪酶菌株的筛选及其固定化的研究

从富油土壤中分离出9株产脂肪酶杆菌,其中BD3菌株产脂肪酶能力较强,通过测定其生理生化特征,初步鉴定该菌为假单胞菌属。利用聚乙烯醇(PVA)和硼酸交联作为固定化BD3菌株细胞的载体,并进行了转酯化的初步研究,发现由低浓度PVA制成的固定化细胞首次催化效率明显高于由高浓度PVA制成的固定化细胞,而且固定化细胞的酶活力与未固定化细胞的酶活力相比有所下降,但固定化细胞重复使用多批次后仍然具有活性。     

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.     

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...     

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。     

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.     

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。     

微藻固定化技术及其在资源化中应用

固定化技术是微藻资源化利用的重要手段。文章综述了微藻固定化的常用方法;分析了固定化过程对微藻细胞生长和代谢的影响;介绍了微藻固定化技术在能源化利用(产油、产氢)、水产养殖、微藻固定化保种等方面的应用;最后对微藻固定化技术的发展趋势进行了展望。针对微藻的特殊性开发无毒、透光性好、传质好、对微藻细胞压力小的固定化载体将进一步推动微藻固定化技术的发展,而固定化微藻也将会有更广阔的应用前景。     

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。     

半导体隔片电化学光电池——Ⅳ.星型池光解水制氢

从CdSe SC-SEPs发展而来的星型光电化学电解池,实现了利用可见光光解水制氢和氧。当光照密度约为300mW/cm~2时,产气池的最大槽电压为2.1V,最大光电流密度达到10mA/cm~2,产氢速率约为1.20ml/h·cm~2,氢气和氧气的体积比为2.02∶1。星型光电化学电解池的总能量转换效率近10％,光照时产氢的直接转换效率接近2％。     

pH值调控对发酵产氢的影响

利用厌氧活性污泥作产氢接种物，发酵有机质产生氢气，一般是在酸性条件下进行的。以厌氧活性污泥作接种物，有机酸为基质，在厌氧、恒温25℃、不同的pH值下，启动发酵产氢，以及监测产氢过程中的pH值变化，得出pH值过高时，有大量的甲烷生成，pH值过低时，则对产氢细菌不利，难于产氢。启动发酵产氢时，pH值不宜底于4．3，较为适宜的产氢pH值范围4．5～5．5。     

天然混合产氢红螺菌培养条件

研究了影响天然混合产氢红螺菌生长速度的主要因素,指出适合天然混合产氢红螺菌生长的最佳温度为28℃~40℃,最佳pH值为6.5~8.5,接种量不低于5%的厌氧环境,较高的光照度有利于天然混合红螺菌的生长,且在2000lx恒定光照强度下天然混合红螺菌的生长速度高于自然光照条件下的生长速度,培养基组成以及是否灭菌对天然混合红螺菌的生长影响较小。     

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。     

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。     

替硝唑片对污泥厌氧发酵产氢作用的研究

研究表明，在污泥中添加替硝唑片可使污泥中的有机物质含量明显增加，特别是可溶的有机物质；替硝唑片对提高污泥产氢效果显著，替硝唑片添加量为1．40g时，污泥的产氢效果最佳，其累积产氢量和产氢潜能分别为580．64mL和98．41mL／gVS；厌氧发酵属于典型的乙醇型发酵；发酵代谢过程主要降解的有机物质为糖类物质，总糖降解率高达70．32％，蛋白质降解率只有26.25％。     

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。