一株耐酸产氢突变株Pantoea agglomerans的筛选与产氢特性

以红树林污泥中分离的厌氧发酵产氢细菌Pantoea agglomerans BH18为出发菌株,利用转座子Tn7随机插入菌株基因组DNA,通过卡那霉素筛选与PCR扩增验证,获得一批转座子插入突变菌株.起始pH4.0培养条件下,以产氢量为指标分离获得一株耐酸产氢突变菌株TB220.多次传代结果表明,突变菌株TB220具有稳定的产氢遗传特性.起始pH3.5~7.0范围内,突变菌株TB220最适产氢pH值为6.0,产氢量为(2.39±0.08)mol H2/mol葡萄糖.起始pH4.0和葡萄糖浓度10g/L的海水培养条件下,突变菌株TB220产氢量为(0.47 ± 0.02)mol H2/mol葡萄糖,比野生菌株高70%,表现出较强耐酸性.     

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。     

一株高效产氢产酸细菌的鉴定与产氢特性

采用各种厌氧培养技术分离出90余株产氢细菌,并对其中的Rennanqilyf3进行了研究.通过16S rDNA碱基测序和比对证实,该菌株是目前尚未报道过的1个新菌种,并初步确定其细菌学上的分类地位.在培养基中分别配置不同的葡萄糖浓度和不同pH值,于间歇试验条件下测定其产气量和细菌生长情况.结果表明,菌株Rennanqilyf3在葡萄糖浓度为,15.0g/L时具有最大的细胞生长量0.46g/L,12.0g/L时具有最大产氢量58.6mmol/L;其最佳生长和产氢的pH值为5.5左右.     

末端产物对乙醇型发酵菌群产氢能力及代谢进程的影响

利用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)在一定条件下驯化成功的乙醇型产氢发酵菌群,通过静态培养实验,以葡萄糖为碳源,利用缓冲液控制反应体系pH值,通过不同的pH值环境使产氢发酵菌群末端产物生成比例发生改变,考察了不同的末端产物生成比例对菌群产氢能力的影响.结果表明,在液相末端产物总量相当的情况下,乙醇生成比例高时氢气产量也较高.通过外加乙醇和乙酸进行静态产氢实验发现,乙醇对发酵产氢的抑制作用不明显,同对照组相比,外加40 mmol/L时氢气产量仅下降了34%,而乙酸的存在对菌群的发酵产氢有较强的抑制,外加乙酸浓度为10 mmol/L时即对产氢发酵产生明显抑制,浓度为40 mmol/L时产氢量较对照组降低了84.3%,液相末端产物也大幅降低,混合菌群最终形成乙醇型发酵应是菌群自然选择的结果.     

末端产物对乙醇型发酵菌群产氢能力及代谢进程的影响

利用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)在一定条件下驯化成功的乙醇型产氢发酵菌群,通过静态培养实验,以葡萄糖为碳源,利用缓冲液控制反应体系pH值,通过不同的pH值环境使产氢发酵菌群末端产物生成比例发生改变,考察了不同的末端产物生成比例对菌群产氢能力的影响.结果表明,在液相末端产物总量相当的情况下,乙醇生成比例高时氢气产量也较高.通过外加乙醇和乙酸进行静态产氢实验发现,乙醇对发酵产氢的抑制作用不明显,同对照组相比,外加40 mmol/L时氢气产量仅下降了34%,而乙酸的存在对菌群的发酵产氢有较强的抑制,外加乙酸浓度为10 mmol/L时即对产氢发酵产生明显抑制,浓度为40 mmol/L时产氢量较对照组降低了84.3%,液相末端产物也大幅降低,混合菌群最终形成乙醇型发酵应是菌群自然选择的结果.     

1株转座子插入突变菌株TB34的筛选及产氢分析

以分离自红树林污泥的厌氧发酵产氢细菌Pantoea agglomerans BH18为出发菌株,利用转座子Tn7构建突变体文库.通过卡那霉素抗性筛选与PCR扩增,鉴定转座子插入突变菌株.通过初筛和复筛,获得1株突变菌TB34,其产氢量较野生菌株明显提高.在初始pH为7.0和葡萄糖浓度10 g.L-1的海水培养条件下,产氢量(H2/葡萄糖)为(2.04±0.04)mol.mol-1,相比野生菌株产氢量提高43%.经过5次连续传代培养,突变菌株TB34表现出稳定的产氢特性.测定突变菌株TB34在不同碳源培养条件下的产氢量.结果表明,突变菌株TB34和野生菌株BH18都能利用蔗糖、葡萄糖和果糖发酵产氢.与野生菌株BH18不同,突变菌株TB34在以木糖为底物培养条件下仍能够发酵产氢,产氢量(H2/木糖)为(1.34±0.09)mol.mol-1,扩大了底物利用范围.     

不同热处理时间对污泥厌氧发酵产氢的影响

为寻求适宜的污泥热处理方法富集产氢菌群,利用摇瓶发酵试验,考察了城市污水处理厂活性污泥在65℃下经不同时间的热处理后,其利用葡萄糖发酵产氢的特性。结果表明,在初始葡萄糖浓度为10 gL,接种量为1.6 gL(以MLVSS计),p H为7.0条件下,35℃培养64 h,经65℃热处理15和30 min的种泥发酵系统表现出较好的发酵产氢性能,其氢气转化率分别为1.06和1.09 molmol(以葡萄糖计),比产氢率分别为8.2和8.4 mmolg(以MLVSS计)。不同热处理时间下种泥中的微生物种群存在差异,各发酵体系形成了具有不同产酸发酵产氢功能的顶级群落,其中经15~75 min热处理的种泥发酵体系表现为丁酸型发酵特征;而经90~120 min热处理的种泥发酵体系则呈现混合酸发酵特征。     

底物浓度对海洋暗发酵菌群产氢的影响

为研究底物浓度对海洋发酵菌群产氢过程的影响,海水养虾虾池底泥经热处理后作为产氢菌种,利用摇瓶发酵实验,研究不同蔗糖浓度(5、10、15、20、25和30 g/L)对产氢过程的影响。结果表明:底物浓度过高或过低都不利于产氢。当蔗糖浓度为20 g/L时,累积产氢量、产氢速率和底物转化效率最高,分别为(1 250±51)mL H2/L、(35.0±1.4)mL H2(/L·h)和(1.21±0.06)mol H2/mol蔗糖。发酵液终末pH值和底物消耗率与底物浓度呈反相关。利用PCR-DGGE技术分析产氢菌群,发现梭菌是所有底物浓度条件的优势菌种。因此,为保证产氢体系持续产氢,应控制底物浓度达到高效产氢的目的。     

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.     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

O2 and H2S coexistence in stromatolites

The coexistence of O₂ and H₂S in recent microbial mats is demonstrated. Oxygen and H₂S are not only coexisting in considerable concentrations within recent stromatolites but high concentrations of the respective gases occur in alternating laminae. This “sandwich structure” is produced by alternating populations of oxygenic and anoxygenic photosynthetic bacteria and cyanobaeteria. The finding of such conditions may explain the alternation of oxidized and reduced iron minerals in Precambrian stromatolites and possibly also in the banded iron formations (BIFs).     

生物制氢系统及其产氢机制

讨论了光合成生物制氢系统、光分解生物制氢系统、水气交换反应生物制氢系统、光合-发酵杂交生物制氢系统和厌氧发酵生物制氢系统、离体氢酶生物制氢系统等6个生物制氢系统,并讨论了产氢机制。     

Degradation of micropolluants in flow-through VUV/UV/H2O2 reactors: Effects of H2O2 dosage and reactor internal diameter

The degradation of atrazine (ATZ), sulfamethoxazole (SMX) and metoprolol (MET) in flow-through VUV/UV/H₂O₂ reactors was investigated with a focus on the effects of H₂O₂ dosage and reactor internal diameter (ID). Results showed that the micropollutants were degraded efficiently in the flow-through VUV/UV/H₂O₂ reactors following the pseudo first-order kinetics (R² > 0.92). However, the steady-state assumption (SSA) kinetic model being vital in batch reactors was found invalid in flow-through reactors where fluid mixing was less sufficient. With the increase of H₂O₂ dosage, the ATZ removal efficiency remained almost constant while the SMX and MET removal was enhanced to different extents, which could be explained by the different reactivities of the pollutants towards HO^?. A larger reactor ID resulted in lower degradation rate constants for all the three pollutants on account of the lower average fluence rate, but the change in energy efficiency was much more complicated. In reality, the electrical energy per order (E_EO) of the investigated VUV/UV/H₂O₂ treatments ranged between 0.14–0.20, 0.07–0.14 and 0.09–0.26 kWh/m³/order for ATZ, SMX and MET, respectively, with the lowest E_EO for each pollutant obtained under varied H₂O₂ dosages and reactor IDs. This study has demonstrated the efficiency of VUV/UV/H₂O₂ process for micropollutant removal and the inadequacy of the SSA model in flow-through reactors, and elaborated the influential mechanisms of H₂O₂ dosage and reactor ID on the reactor performances.