有机废水制取氢气及COD的去除

针对当前能源紧缺以及有机废水治理和回收再利用的需求,采用驯化的河底污泥发酵模拟有机废水,研究了不同有机废水制取氢气和去除有机物的效果.结果表明:在相同条件下,糖源质量浓度均为1.67 g·L-1、废水体积为300 mL、pH=5.5、θ=40℃时,糖源为葡萄糖、蔗糖和淀粉的三种有机废水总产氢气量分别是309.36 mL,318.18 mL,8.20 mL,含蔗糖的废水总产氢气量最高.含蔗糖和葡萄糖的废水COD去除率分别是78.00%和76.92%,而含淀粉的废水COD去除率仅为55%.此外,废水产氢规律与从污泥里筛选出的产氢菌生长曲线有密切的关系.厌氧发酵产氢是一个复杂的过程,它受底物种类、底物浓度、pH值和温度等因素的影响.用驯化的污泥来发酵含糖浓度较高的有机废水,不仅可以收集到大量的生物质能氢气,而且一定程度上缓解了有机废水污染环境的问题.     

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     

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%。     

不同酸碱条件下光合细菌的生长产氢特性

为了解光合细菌的产氢机理,对沼泽红假单胞光合产氢菌CQK-01在光生物平板反应器中进行序批次培养,以470 nm LED灯提供连续光照,葡萄糖为碳源底物,研究不同初始酸碱条件下产氢光合细菌的生长特性、产氢特性以及能量转化效率.结果表明,在弱碱性条件下最适宜产氢光合细菌的生长;在反应液为酸性条件下,光合细菌具有较高的产氢量、产氢速率和能量转化效率,然而产氢纯度随着初始pH值的增大而升高;在温度30℃、光照强度1 000lx、底物浓度75 mmol/L的实验条件下,光合细菌的最佳产氢pH值为7.0,实验中最大累积产氢量为8.0 mmol,最大产氢速率为3.39 mmol g-1(cell dry weight)h-1,产氢纯度高达70%,底物能量转化效率最大为1.98%,光能转化效率最大为7.7%.     

抗真菌多肽——捷安肽素高产菌的选育

从新疆棉株上分离得到一株细菌ZK ,经培养物性状和生理生化鉴定 ,确定该菌为芽孢杆菌属 (Bacillussp.)菌 ,其代谢产物为一种抗病原真菌的肽类物质———捷安肽素 .以此株菌作为出发菌株 ,进行紫外线、微波和亚硝基胍诱变 ,诱变处理后获得高产突变株Mv2 8,在摇瓶试验中 ,该变异株产捷安肽素活性比出发菌株提高 31.6 % .图 5表 5参 12     

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     

利用广谱性和特异性组合诱变技术选育辅酶Q10高产菌

为提高辅酶Q10产量，采用了对细胞进行全面的非特异性诱变和针对特定途径的特异性诱变相结合的育种策略，以放射型根瘤菌(Rhizobium radiobacter)WSH2601为出发菌株，选择UV射线和亚硝基胍作为诱变剂，在筛选获得放线菌素D抗性突变株的基础上，通过进一步的诱变处理，分别获得了放线菌素D和L-乙基硫氨酸双抗性突变株、放线菌素D和维生素K双抗性突变株，以及抗放线菌素D和X-gal利用能力提高的突变株．与出发菌株相比，突变株辅酶Q10的产量提高幅度达25％-37％，其中一株放线菌素D和L-乙基硫氨酸双抗性突变株WSH-E25，胞内辅酶Q10含量和辅酶Q10总产量分别达到2．86mg g DCW^-1和40．0mg L^-1，均比出发菌株提高了37％，且遗传稳定性良好，图6表2参8     

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     

产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺厌氧发酵市政污泥生产乙酸

采用一种新的产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺对市政污泥进行厌氧发酵,以实现高效产乙酸的目的.结果表明,采用该两相耦合工艺对市政污泥厌氧发酵能很好地促进乙酸的生成,实验条件下,产氢产酸相乙酸最高浓度达到4.27 g/L,同型产乙酸相乙酸最高浓度则为1.07 g/L,乙酸产率和VFA产率分别达到0.42 g/gVS和0.69 g/gVS,与非耦合系统相比,分别提高了.61.5%和53.3%.实验结果还证明,污泥经热碱法预处理之后再厌氧发酵,能更有效地产酸,与不经过预处理的污泥原液发酵相比,前者的产氢产酸相乙酸浓度比后者提高了2.9倍.     

几株紫色非硫细菌的分离鉴定与产氢特性分析

从重庆地区不同环境淤泥、泥水样品中,经富集培养、分离纯化,获得5株紫色非硫细菌.根据菌体的菌落形态、染色特性、生理生化特征及活细胞光吸收峰对菌株进行常规鉴定,结合菌株16S rDNA扩增测序进行分子生物学分析验证,构建了菌株与数据库中近缘菌株的系统发育树.以优化的培养条件(营养、pH、接种量等参数)对供试菌株的生理生化特性和产氢能力做了比较分析.结果显示,5个菌株均为光合产氢细菌,菌株ANI、D1为沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris),AN2、AS1、BS1等3株为类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides);其中类球红细菌菌株AN2在给定的培养条件下光合产氢能力最高,可达9.55μg/mL d-1,是一株有应用前景的光合产氢细菌.图4表2参15