产气肠杆菌发酵产氢的批式放大试验研究

文章在批式小试实验的基础上,采用优化后的生态因子,对产气肠杆菌进行了10 L规模的放大发酵罐实验研究。研究发现,450 mL小样制氢实验试验放大至10 L发酵体积后,并未达到同样的单位气体产量和底物分解率,氢气产量仅为小试的50%⁷0%,主要由于发酵罐体内二氧化碳和饱和气相处于高压状态,因此而产生的副反应对产氢造成的抑制作用更加显著。通过N2扫吹可将发酵液相中的氢气和二氧化碳移除,延长产气时间、增加气体产量,氢气产量可由1.649 L/L media提高至2.478 L/L media,提高了50.3%。同时通过流加方式补给底物葡萄糖,可减弱中间产物累积对副反应的抑制作用,进一步提高氢气产率。在N2扫吹与葡萄糖流加方式共同优化作用下,产气肠杆菌10 L规模发酵产氢量可提高67.25%。     

新型专性厌氧菌利用葡萄糖进行发酵产氢的实验研究

采用批式发酵法对厌氧产氢菌株Bacteria.P利用葡萄糖发酵,在底物浓度、初始pH值、接种比例等不同培养条件下的产氢能力进行了研究。结果表明:专性厌氧菌P是一种高效产氢的菌株,在葡萄糖质量浓度为10 g/L、初始pH为6.0、接种比例为1∶20时,发酵气体总产量和细胞干重达到最大值,分别为485 mL和0.836 g/L。     

连续流生物制氢反应器乙醇型发酵的运行特性

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),利用厌氧活性污泥,在制糖废水产酸发酵过程的同时制取氢气.探讨了生物制氢反应器连续流稳定运行的工程控制参数.研究表明,在污泥接种量为15g/L、温度为35℃±1℃、COD容积负荷为40kg/(m³·d)、HRT为4h、系统pH、氧化还原电位(ORP)分别在4.6～4.9、-450～-470mV等条件下,可以实现连续流生物制氢反应系统乙醇型发酵的高效稳定运行.此时,液相末端发酵产物中乙醇和乙酸的含量占挥发酸总含量的80%以上,COD去除率22%～26%,气相中的氢气含量约为40%～58%,最大产氢能力为7.63m³/(m³·d).     

产氢反应器内两种发酵类型细菌的种群结构与发酵特征

通过改变CSTR系统内pH值,启动发酵类型由乙醇型向丁酸型转化,研究了转化前后系统内产氢动态和细菌群落变迁.结果表明,在有机负荷不变的情况下,启动发酵类型转化15d后,系统内种群由乙醇型转化为丁酸型,消耗碱度量由350mg.L-1增至1720mg.L-1,平均比产氢速率由21.2mol.kg-.1d-1降低至11.1mol.kg-.1d-1.荧光原位杂交技术(FISH)对反应系统内3类微生物群的监测结果表明,未启动转化时,肠杆菌、梭菌Ⅰ、Ⅱ和梭菌Ⅺ的相对丰度分别为22%、48%和30%,转化结束后,3类细菌的相对丰度为19%、24%和55%.     

丁酸型发酵生物制氢反应器的运行特性研究

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),利用厌氧活性污泥以糖蜜废水为底物发酵产氢,探讨了丁酸型发酵生物制氢反应器稳定运行的工程控制参数,并运用变性梯度凝胶电泳技术(denaturinggradientgelelectrophoresis,DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.研究表明,在污泥接种量(SS)为15g·L-1、温度为(35±1)℃、容积负荷为40kg·m-3·d-1、水力停留时间(HRT)为4h条件下,可以获得CSTR丁酸型发酵的最大产氢速率2 37m3·(m3·d)-1.此时系统的pH、氧化还原电位(ORP)分别在5 2～5 5、-480～-500mV之间.液相末端发酵产物中乙酸和丁酸、乙醇、丙酸、戊酸的含量分别占挥发酸总含量的70%,20%,7%,6%.气相中的氢气含量在30%～40%之间.根据PCR DGGE指纹图谱显示此时期丁酸型发酵优势菌群在反应器内结构保持稳定.     

水力停留时间对复合式厌氧折流板反应器乙醇型发酵制氢系统的影响

水力停留时间(HRT)是厌氧生物制氢工艺的重要工程参数.以红糖废水为底物,研究了HRT对复合式厌氧折流板反应器(HABR)作为乙醇型发酵制氢系统产氢效能的影响.结果表明,在设定的8~36 h范围内的5个HRT中,当HRT为12 h时,HABR制氢系统的效果最佳,产氢速率为13.86 mmol·(h·L)-1,COD去除率为51.51%,五格室的pH值在4.22~4.47之间,液相主要产物为乙醇和乙酸,第1~5格室乙醇和乙酸的比值分别为1.90、1.94、1.80、1.77、1.91,最佳能量生产为11.11 kJ·(h·L)-1.     

厌氧发酵生物制氢微生物及工艺开发的研究进展

厌氧发酵生物制氢在国内外受到了普遍关注,如何确保稳定、持续、高效的产氢率成为生物制氢研究的关键问题所在.本文在查阅国内外大量文献的基础上,重点介绍了产氢发酵微生物、产氢菌种的构建、产氢反应器及厌氧发酵产氢工艺的最新研究状况.同时,就两相循环高温氢/甲烷发酵工艺的进一步发展前景提出了建议.     

利用有机物厌氧发酵生物制氢的研究进展

主要介绍利用有机物厌氧发酵生物制氢工艺的基本原理和主要途径,并对国内外在厌氧生物制氢领域内的研究现状进行了综述,对厌氧生物制氢在未来的进一步发展进行了分析和展望。     

不同产酸发酵菌群产氢能力的对比与分析

重点对乙醇型发酵菌群和丙酸型发酵菌群的产气及产氢能力进行了对比研究,并对发酵菌群由丙酸型演替为乙醇型过程中的产氢速率变化进行了分析.在有机负荷相同的条件下,乙醇型发酵菌群表现出较高的产氢速率和比产氢速率,最大产氢速率为14.99L/d,最大比产氢速率为3586.45mmol/(kg·d).而丙酸型发酵菌群产氢速率和比产氢速率都较低,分别为3.62L/d,196.46mmol/(kg·d)生物制氢反应器在运行中维持乙醇型发酵更有利于获得较高的氢气产量,应尽量避免丙酸型发酵的发生.     

改进序批式和半连续式生物沥滤处理城市污泥

为了研究不同生物沥滤运行方式对城市污泥重金属去除的影响,对改进序批式和半连续式生物沥滤进行实验。改进序批式采用每天投加等量污泥的运行方式,运行至反应结束;半连续式采用边出泥、边进泥运行方式,即首次投加污泥至全部容积后,运行过程中每3 d出泥、进泥一次,直至沥滤完成。结果表明:采用改进序批式反应器,选择每次投加体积比为25%~35%的污泥量对重金属去除效果较好,经过8 d沥滤对Zn、Pb、Ni、Cu、Cr、Cd的去除率分别为:投加比约为25%时,80.69%、76.55%、70.58%、76.09%、77.62%、68.72%;投加比约为33%时,80.9%、77.32%、75.90%、75.43%、74.73%、71.22%;采用半连续式反应器,选择每次排泥、进泥体积比约为30%时效果较好,经过三个周期的连续运行对Zn、Pb、Ni、Cu、Cr、Cd的去除率分别为:83.77%、83.33%、81.96%、72.85%、75.36%、67.81%。     

混合菌种在发酵法生物产氢中的协同作用

为探讨产氢发酵细菌混合培养时菌种间的协同作用,本研究在间歇试验条件下,分别考察以葡萄糖和复杂有机物(淀粉、牛肉膏、聚乙二醇乙二酸酯和胰蛋白胨)为底物时,5株HPB(B49、H1、LM12、LM11和B51)混合培养,高效HPB(B49)与3株非产氢发酵细菌(L10、拟3-2和芽孢1)分别混合培养,以及B49与活性污泥混合培养对产氢能力的影响.试验结果表明,混合菌种间协同作用发挥是有条件的.当利用葡萄糖发酵产氢时,菌种间对共同底物的竞争使其协同作用无法发挥,从而制约了高效产氢细菌(HPB)的产氢能力;而利用复杂有机物发酵产氯时,菌种间的协同作用得以发挥,并促进了高效HPB产氢能力的提高.同时提出,针对不同底物可以采用不同的培养方式.     

水稻秸秆厌氧发酵制氢技术研究

以水稻秸秆为研究原料,用牛粪为接种物,采用稀硫酸预处理方法来提高秸秆纤维素的降解率,从而提高其发酵产氢的能力,并且进一步考察了发酵初始pH、发酵温度、牛粪与秸秆的质量比和底物浓度四个条件对发酵产氢的影响。实验结果表明:在接种100g/L牛粪的条件下,以1.8%的硫酸加热30min预处理秸秆产氢效果最佳,为19.64mL/gTS,是未经过预处理的秸秆产氢量(0.1mL/gTS)的196倍,粗纤维含量由未处理前的36.7%下降到酸处理后的31.5%。在pH8.0、温度为37℃、牛粪与秸秆质量比为2.5∶1、底物浓度为50g/L时的产氢效果最好,累计产氢量为29.14mL/gTS,此时生物气中没有检测到甲烷气体,氢气浓度达到63.88%。     

秸秆发酵产氢的影响因素研究

以加热预处理的厌氧活性污泥为接种物,以秸秆（稻草、麦杆）为发酵底物进行微生物产氢实验,研究了不同秸秆粒径、纤维素酶用量、预处理方法、发酵液pH值对秸秆发酵产氢速率以及产氢气量的影响.其中颗粒粒径为170 μm的稻草经过NaOH预处理,按照底物与纤维素酶用量1∶1的比例酶解,进而发酵产氢的单位总产氢量为90.5 mL/g,最大单位产氢速率为0.58 mL/(h·g).     

二价铁离子对UASB反应器厌氧发酵产氢效能的影响

金属离子Fe2+在生物产氢机制中起着重要作用.以红糖为底物,研究了Fe2+在0～1 650 mg·L-1范围内对UASB发酵产氢效能的影响.结果表明,适当浓度的二价铁离子对产氢具有一定的促进作用.当Fe2+浓度为0～450 mg·L-1时,发酵产气量及其氢气含量都随着Fe2+浓度的增加而增加;且当Fe2+浓度为450 mg·L-1时,获得最大生物气体积为17.72 L,较空白组提高了40.75%,此时氢气含量60.01%.而当外加的Fe2+浓度大于450 mg·L-1时,则开始呈下降趋势.因此,Fe2+可以成为调控发酵制氢的工程措施之一.     

农业固体废弃物发酵产氢的研究

为了探索不同农业废弃物发酵产氢的能力,研究选取了10种农业生产中的主要固体废弃物:稻草、玉米秆、小麦秆、大麦秆、蚕豆秆、黄豆秆以及猪粪、牛粪、鸡粪、马粪作为原料,采用批量发酵工艺,进行厌氧发酵产氢的研究。结果表明,以乳酸调控发酵料液pH值在4.7～5.5之间,控制体系温度在(25±1)℃可以产生氢气。其中,各原料产氢能力顺序为:猪粪>大麦秆>玉米秆>稻草>蚕豆秆>鸡粪>牛粪>马粪>黄豆秆>小麦秆。     

固定化微生物制氢预处理方法研究

研究热处理、酸处理和碱处理三种预处理方法对固定化微生物制氢的影响。由试验得知,热处理可有效杀死产甲烷菌,使固定化微生物具有较高的累积产氢量和产氢速率。     

碳氮源对光合细菌混合菌群产氢性能的影响

碳源和氮源是产氢光合细菌生长发育过程中不可缺少的营养物质,与光合细菌菌株产氢能力相关。以从花园土壤中富集分离出来的光合细菌混合菌群为研究对象,在血清瓶中于30℃下采用厌氧培养方式间歇培养8天,分别考察不同的碳源、氮源、碳氮源组合及其浓度变化对光合细菌产氢行为的影响。结果表明,碳氮源种类对光合细菌产氢能力有显著影响,与氮源相比,碳源对产氢量的影响更为显著,最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为草酸铵。最佳碳氮源组合为葡萄糖和谷氨酸钠组合,葡萄糖和谷氨酸钠浓度分别为3g/L和1g/L时,产氢量和最大产氢速率分别达41.35mLH2/(L-培养基)和0.328mLH2/(L-培养基·h)。研究结果为进一步探索产氢光合细菌生长的营养生理奠定了基础,对大规模培养条件的优化提供了依据。