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发酵产氢菌的分离及其产氢研究

马生华  
【摘要】:随着环境污染和能源枯竭的日益恶化,寻找一种清洁可再生能源是人类当务之急。氢气以其燃烧值高、清洁、可再生等为人类首选。在众多制氢方法中,暗发酵法制取氢气在利用有机废液和农作物秸秆同时,起到了清洁环境和获得能源的双重作用。发酵产氢细菌的分离在产氢机理的研究、菌种改造和耦合制氢有中很大的意义。 本文主要是对厌氧发酵产氢过程进行初步研究,研究内容主要包括:产氢菌种的筛选、鉴定;接种量和接种时间对累积产氢量和平均产氢速率的影响;初始pH值对累积产氢量和平均产氢速率的影响;调查三种无机氮源NH4C、CH3COONH4和(NH2)2CO在葡萄糖和果渣为碳源的条件下,对产氢量的影响;纯菌种(CP)与混合菌种(MB)比较,以果渣、玉米秆和葡萄糖为碳源发酵产氢随时间的影响;不同浓度(0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g·L-1)下葡萄糖中累积产气量和平均产氢速率随时间的变化;初始pH值为7,发酵过程中控制pH值在4.7-5.0、5.5-5.8、6.3-6.6的范围内累积产氢量(mL·L-1-glu.和mL·g-1-glu.)随时间的影响;初始pH值为7,用NaOH溶液和氨水调节pH值及无调节下,累积产氢量(m1·L-1-glu.和m1·g-1-glu.)随浓度(0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g·L-1)的变化;把纯菌种还原到原污泥环境中的产氢实验(灭菌)和纯菌种与污泥(处理过的产氢污泥)耦合产氢实验。 实验结果表明:经16S rRNA基因特征基因测序得到,与Clostridium perfringens ATCC 13124(CP)的16S rRNA基因相似性达99%,可以认为分离得到的菌种为该菌,菌种静态培养得到,在培养8小时菌种达到最佳浓度,动态培养时可以看出菌数量1~9小时增加,9~11小时下降,产氢实验证明CP为高效产氢菌;最佳的接种量和接种时间为1/50(v/v)和8h;当初始pH值为7时得到了最佳的为最适产氢初始pH;CH3COONH4为无机氮源,与果渣为碳源时能有效降低产氢成本,分析可知产氢菌CP对纤维素有一定的分解能力;产氢菌CP分解生物质产氢能力没有混菌能力强,但利用单糖能力却比混菌强,充分说明在利用单糖产氢时应该选用纯菌;产氢菌CP利用葡萄糖产氢时,底物浓度越低时底物利用率越高,但单位体积累积产氢量为2 g·L-1时为最大,所以在选着产氢底物浓度是应该按运行成本核算选择最低产氢成本;初始pH值为7,发酵过程中控制pH为4.7-5.0时为最佳控制范围,底物浓度越高过程中控制pH产氢量增加越大。以3g··L-1的葡萄糖为发酵底物,把产氢菌还原到原污泥环境中时:污泥为无菌时,污泥在发酵液中的重量和驯化时间会影响累积产氢量的大小,最佳污泥重量为15 g,最佳的驯化时间为12h;产氢菌CP与混合菌耦合时,随着驯化时间的增加累积产氢量先增加后减少,最佳的驯化时间为3 h。


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