细菌混合培养厌氧发酵产氢工艺的研究

【摘要】：H_2作为一种环境友好的可再生的清洁的新能源已经引起人们的广泛关注和深入研究。比起传统的化学方法制氢，利用微生物转化生物质产氢的生物制氢技术被认为是最有前景的制氢路线。 本论文通过对活性污泥中功能菌种的筛选和鉴定获得了多株高效分泌淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶的菌株。并利用16S rDNA分子生物学手段对具有产氢特性的A1、B1菌进行测序分析，确定了A1和B1菌分别归属于Bacillus sp.和Brevundimonas sp.。目前的文献中还未有利用Brevundimonas sp.产氢的报道。 将这两种细菌混合培养开发出了一种新型的产氢复合微生物菌剂。进一步研究了这两种细菌利用不同碳水化合物为底物的产氢潜力，评价了金属离子添加和底物预处理对产氢效果的影响，并将该复合微生物菌剂应用于非粮作物木薯及工业含糖废水的产氢过程中，考察了不同因素对产氢的影响，分别用一级反应动力学和Gompertz方程对底物消耗和氢气生成进行拟合。 结果表明，A1、B1菌组成的复合微生物菌剂底物利用范围很广，可以直接利用未水解的淀粉进行产氢，并且混合培养比单独纯培养的产氢效果要好,其产氢得率可达1.04mol H_2/mol glucose，为纯培养产氢得率的2倍。Fe~(2+)和L-半胱氨酸的添加可以大幅提高产氢量，产氢得率分别是1.94mol H_2/mol glucose和1.53mol H_2/mol glucose。底物预处理可以加速产氢过程，缩短发酵时间。在最适条件下木薯粉的最大产氢量为1.72molH_2/mol glucose。利用工业含糖废水的产氢能力可达3.2mol H_2/molglucose。该复合微生物的底物消耗属于一级反应动力学，其相关系数为0.8672。用Gompertz模型能够较好地拟合氢气和VFAs的生成，相关系数在0.96-0.98之间。