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产氢细菌培养及模拟发酵产氢的研究

李建昌  
【摘要】: 本文较为详细地分析了发酵产氢原理,全面综述了发酵产氢的研究现状,针对发酵产氢研究中存在和亟待解决的关键问题:发酵产氢细菌的培养和驯化、产氢过程的有机酸和pH变化对发酵的影响等,利用自行设计的连续半连续发酵产氢工艺装置,在恒温25℃条件下,以厌氧活性污泥为接种物,进行了相关实验研究。 1、进行了柠檬酸、苹果酸、乳酸、丙酮酸、甲酸、草酸、琥珀酸、富马酸、丁酸、丙酸和乙酸等11种有机酸发酵产氢研究,结果表明,在批量发酵中,柠檬酸、苹果酸、乳酸、甲酸、丙酮酸、草酸和富马酸可以实现发酵产氢,其产氢潜力分别为171.3、117.4、93.5、79.6、75.6、24.6和23.7ml/g,而琥珀酸、丁酸、丙酸和乙酸不能发酵产氢;连续发酵实验结果显示,除甲酸外,均不能持续产氢。 2、相关实验研究证实,可以利用甲酸连续培养和驯化产氢菌种以及调节发酵体系的pH值,在连续发酵中,甲酸的产氢能力在标准状态下高达273ml/g,能源转化率为63.80%。 3、在甲酸体系下进行了蔗糖发酵产氢的实验研究,实验结果表明,蔗糖发酵产氢的产气速率平均28.52L/L·d,最高达30.68L/L·d,氢含量43.4%,蔗糖产氢率174ml/g,能源转化率8.29%,适宜的糖浓5~15g/L;实验结果还表明,在有机酸和蔗糖产氢过程中,pH值和有机酸的积累是影响发酵产氢的关键因素,产氢的pH值最适在4.5~5.5间,pH低于4.3时发酵产氢无法启动,高于5.5后,产甲烷菌的产甲烷作用有所增强,有较多甲烷形成。有机酸积累主要表现为乙酸、丙酸、丁酸。较高浓度的丙酸、丁酸抑制产氢菌的产氢作用,是导致产氢不能持续进行的主要原因之一。较低浓度的乙酸积累虽然对产氢菌的产氢没有明显的抑制作用,但大量的乙酸积累将会使产氢转化率降低。 蔗糖发酵的产氢速率与国内文献的最大值11.28 L/L.d相比高出了18.04%;与日本的5.33 L/L.d相比高出了150%;产气率341.2ml/g,与国内文献值340ml/g相当。


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