Clostridium papyrosolvens厌氧发酵产氢研究

采用分批培养研究了从高浓度厌氧产氢活性污泥中筛选的优势菌种Clostridium papyrosolvens的发酵产氢能力.结果表明:该菌有较强的高糖耐受性和耐酸性,当葡萄糖浓度为30 g/L、pH阶段性控制在4.5时,发酵44 h葡萄糖消耗率为83.7%,总产气量达到3 081.3 mL/L,最高产气率为187.5 mL L-1 h-1,氢气含量为67.5%,比产氢率达1.06 mol(H2)/mol(葡萄糖).研究中选用了廉价的发酵产氢培养基,以玉米浆为氮源,以还原铁粉作氧化还原电位控制剂,省去了牛肉膏、蛋白胨等昂贵氮源以及L-半胱氨酸、维生素、无机离子等高成本组分,显著降低了纯菌发酵的培养基成本,获得了较好的产氢效果.图5表2参23     

秸秆的不同预处理方法对发酵产氢的影响

比较研究了化学预处理、生物预处理以及化学与生物结合预处理方法对秸秆发酵产氢的影响.结果表明,预处理可以将秸秆中相当一部分纤维素和半纤维素水解生成还原糖,其中1%H2SO4对秸秆的水解效果最好,50 g秸秆水解可产生16.05 g还原糖;经过NaOH和生物结合预处理后的秸秆发酵产氢效果最好,其产氢能力为21.04 mL g-1,是未经预处理秸秆的75倍;最高氢气浓度为57.3%,是未经预处理秸秆的96倍;其产氢的最适pH为4.5～6.0,最佳底物浓度为45～55 g L-1;其发酵过程中的挥发性脂肪酸(VFAs)以乙酸和丁酸为主.图4表4参15     

低pH值下上流式厌氧污泥床反应器(UASB)以糖蜜为底物制取高纯度氢气

采用由有机玻璃制成的上流式厌氧污泥床反应器(UASB),以糖蜜废水为发酵底物,投加适量氯化铵和磷酸二氢钾,研究在低p H值下系统的产氢性能.在系统启动初期,投加碳酸氢钠控制进水p H=6.75—7.15,使系统处于中性厌氧发酵,固定进水COD为4000 mg·L~(-1),HRT=8 h.系统运行20 d后,系统处于混合型发酵类型,随后停止投加碳酸氢钠.系统经过45 d的运行,乙醇和乙酸浓度占总浓度的79.39%,而丙酸的浓度只占总浓度的10.89%,形成了稳定的典型乙醇型发酵.第65天,乙醇和乙酸的浓度分别为840.56 mg·L~(-1)、403.12 mg·L~(-1),乙醇与乙酸浓度占总浓度的93.2%,氢气含量为86.97%.在出水p H=2.81时,系统产氢性能最佳.氢气产率为2.079 mmol·L~(-1)·h~(-1),氢气产量1.12 m3·m-3·d~(-1),氢气含量91.46%,是稳定期氢气含量的1.65倍.     

产氢新种Ethanoligenens harbinese B49的氮素营养与代谢特征

从氮源角度研究了一株产氢新种Ethanoligenens harbineseB49发酵葡萄糖和糖蜜的产氢特性及其营养需求,以及酵母粉对产氢菌E.harbinese B49生长和产氢的特殊效应.试验结果表明,在以葡萄糖为底物条件下,以酵母粉替代蛋白胨作为唯一氮源可以大大提高E.harbineseB49的产氢能力,单位体积产氢量从1700mL L-1培养基提高到2400mL L-1培养基,产氢能力提高40.35%.该条件下去除维生素液,E.harbinese B49的产氢能力不受影响.从E.harbinese B49产氢动力学分析可以看出,对数生长期处于12~22h期间.从对数期开始迅速产氢,并且一直持续到稳定前期,产氢速率达到16.8mL/h,生物气中最大氢含量为41%.驯化后的E.harbinese B49利用糖蜜为底物产氢,糖蜜COD为13g L-1时,单位体积最大产氢能力为1576mL L-1.当培养基中额外加入0.5g L-1酵母粉时,可以大大促进E.harbinese B49发酵糖蜜产氢的能力,单位体积氢产量达到1960mL L-1,提高了24.4%,比产氢率达到150.8mL(H2)/g(COD).以牛肉膏、蛋白胨、尿素为氮源时,E.harbineseB49产氢量提高较小.图4表2参16     

混合菌群产氢特性研究

对产氢菌株进行筛选,得到一组可以在微氧条件下高效产氢的微生物菌群.此菌群在0～15%O2浓度下都可以产氢,具有较高的耐氧产氢特性.该混合菌群可利用甘露醇、葡萄糖、蔗糖、乳糖、淀粉为底物产氢,其中甘露醇为最适底物.最适产氢温度、pH值、仞始氧气浓度分别为33℃、7.0、2.72%.在此条件下,以片露醇为碳源(5.0 g/L),产氢效率可达到324.18 mL(H2)/g(甘露醇).对该产氢体系发酵末端产物的液相分析显示乙醇占76%～93%,表明该产氢体系为乙醇型发酵.通过PCR-DGGE方法进行菌群分析,发现不同初始氧浓度下菌群分布有一定差异,但克氏杆菌在各种氧浓度下的混合菌群中都占明显优势,是主要的产氢菌.图8表1参25     

接种量对泔脚发酵产氢的影响

接种量对泔脚的发酵产氢会产生很大的影响。以经热预处理(80℃,15min)的城市生活垃圾厌氧消化污泥为接种物,以850W、4min的微波+pH9.0预处理的泔脚为发酵底物,考察了40%、50%、60%、70%、80%、90%的接种量对泔脚中温(36℃)批式发酵产氢的影响。结果表明:过低的接种量(40%、50%、60%)下,泔脚的发酵产氢能力较差;而较高的接种量(70%、80%、90%)尤其是80%、90%的高接种量对泔脚的发酵产氢更为有利。然而,接种量越大,反应器的利用效率越低。因此,80%的接种量为泔脚发酵产氢的最佳接种量,其产氢延迟时间λ、最大比产氢率、产氢率、生物气中氢气的最高体积含量分别为4.22h、22.77mL/(gVS·h)、194.04mL/gVS、44.2%。     

进水COD浓度变化对内循环厌氧反应器(IC)发酵制氢系统的影响

利用糖蜜废水为发酵底物,以内循环厌氧反应器(IC)作为反应装置,探讨进水COD浓度变化对厌氧产氢效能的影响.结果表明,在水力停留时间(HRT)为6.5 h,温度为(35±1)℃时,IC反应器进水COD浓度在2—10 g·L~(-1)范围内变化,系统产氢效能随着进水浓度提高而上升,并在进水COD浓度为6 g·L~(-1)时,达到最大产气量23 L·d~(-1)和产氢量10.9 L·d~(-1).但是当进水COD浓度上升到8—10 g·L~(-1)后,产气量和产氢量明显下降,说明活性污泥可能受到了高浓度底物的抑制.发酵气体中H2含量并未随着进水COD浓度的变化而产生非常明显的变化,说明本实验中的IC反应器是一个较为稳定的产氢系统.     

异质结型光催化剂CuO/SnO2的制备及产氢性能

光催化降解有机废水可以实现在降解污染物同时回收清洁能源.本研究采用简单沉淀法制备了CuO/SnO2系列复合光催化剂,并用XRD、TEM对其结构进行表征.分别考察了氧化铜含量和乙醇浓度对复合材料光催化产氢性能的影响.实验结果表明,通过氧化铜与二氧化锡适当比例复合能显著提高复合材料的光催化产氢性能.复合材料48.51%CuO/SnO2的产氢性能比纯二氧化锡提高了近5倍.乙醇的浓度也对复合材料的产氢性能有较大影响,最佳的乙醇浓度为2.00 mol.L-1左右.长时间光催化产氢结果表明,每降解废水中1 kg的COD可产生氢气3724 mL.另外,对复合材料光催化分解乙醇的产氢机理也进行了分析.     

降解五氯酚的微好氧颗粒污泥的培养及其微生物种群分析

在微好氧的条件下培养出颗粒污泥并用含五氯酚(PCP)的废水对颗粒污泥进行驯化,研究了培养过程中颗粒污泥的MLSS、SVI、粒径以及对COD和PCP处理能力的变化.颗粒污泥培养成熟后, PCP和COD的去除率分别达到85.3%和86.1%.用扫描电镜观察了颗粒污泥的结构,颗粒污泥内细菌种群丰富,大多数为短杆菌和球菌.同时采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对培养出的微好氧颗粒污泥以及用PCP驯化后的颗粒污泥中微生物的种群进行了初步分析和对比,用PCP驯化后的微生物种群发生了较明显的动态变化,新增了某些菌群,如不动杆菌(Acinetobacter)、变形杆菌(Proteobacterium)和硫酸盐还原菌等.图6表2参20     

利用硫杆菌淋滤电镀污泥中的重金属(英文)

从广东云浮硫铁矿矿山酸性废水中分离得一株氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxdans),从新兴县含硫化氢温泉中分离得一株氧化硫硫杆菌 (Thiobacillus thiooxidans), 并将其应用于电镀污泥的生物淋滤的研究,该污泥含铬、镍及铜分别为80.74 g/kg自然风干污泥、37.34g/kg自然风干污泥和13.42 g/kg自然风干污泥.利用未经驯化的氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌,以底物类型、菌液比、初始pH值和污泥浓度为四个因素,设置3个水平进行L9(34)正交实验,得出电镀污泥的最适淋滤条件:污泥浓度0.1%、硫酸亚铁和硫代硫酸钠作底物、菌液比T.f:T.t=:1:1、初始pH值2.0.为了将分离得的两种硫杆菌应用于更高浓度的电镀污泥,对所得菌进行驯化,以提高该菌种的重金属耐性,并应用于高浓度污泥的生物淋滤.经过驯化后的细菌,成功地适应了电镀污泥环境.结合上述最适条件,加入了合适的营养底物及还原剂之后,电镀污泥中的重金属,如铜、镍等,在30℃酸性好氧的环境中,能够在7天内被有效地淋滤出来,混合菌对污泥浓度为0.5%的污泥中铜的滤出率达90%以上,镍的滤出率40%以上;对1%的污泥的淋滤效果较差;对铬的淋滤效果不明显.本文还讨论了两株硫杆菌对高毒性电镀污泥的适应性.即在一定的污泥浓度范围内,氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌能够氧化底物,并产生硫酸将污泥中的重金属溶解,两株硫杆菌能够加快镍和铜的滤出效率.