頂部空間氣體對(duì)光合微生物電解池產(chǎn)氫和產(chǎn)甲烷影響.pdf

1、微生物電解池（Microbial electrolysis cell,MEC）是一種新型的生物電化學(xué)技術(shù)，這種技術(shù)能夠以較低的能量投入，利用特定的微生物將底物中的大分子有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分解，并從反應(yīng)器內(nèi)部回收產(chǎn)生的氫氣或甲烷。微生物電解池具有很好的應(yīng)用前景，但是也存在著諸多的問(wèn)題，如反應(yīng)器放大化的問(wèn)題、反應(yīng)器構(gòu)型優(yōu)化、反應(yīng)條件優(yōu)化以及如何篩選產(chǎn)電和產(chǎn)氣效果好的優(yōu)勢(shì)菌種等等。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研以及觀察部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在對(duì)微生物電解池進(jìn)行曝氣除氧的

2、操作過(guò)程中，選用不同的氣體可以影響最終反應(yīng)器的產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷效果。并且光合細(xì)菌也可以在厭氧條件下利用小分子有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生氫氣，故本實(shí)驗(yàn)的目的就是首先探究通過(guò)更換不同的曝氣的氣體觀察反應(yīng)器的產(chǎn)氫性能的變化，然后再加入光合細(xì)菌細(xì)菌觀察對(duì)于微生物電解池產(chǎn)氫效果有無(wú)加強(qiáng)作用。
　　本研究利用單室微生物電解池（MEC）反應(yīng)器，分別研究了氣體對(duì)于非光合MEC與加入了光合細(xì)菌A7（Rhodopseudomonas sp.nov.strain A7，G

3、enBank No.KJ699180）后光照培養(yǎng)的光合MEC產(chǎn)氫性能的影響。這里的氣體條件，指的是反應(yīng)器在曝氣除氧的過(guò)程中采用不同的氣體，并且在反應(yīng)器內(nèi)部溶液上方在曝氣結(jié)束后余留的氣體，稱(chēng)之為反應(yīng)器內(nèi)部的頂部空間氣體。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在氬氣存在條件下的非光合MEC反應(yīng)器有最佳的產(chǎn)氫效果，氫氣產(chǎn)率可達(dá)2.24mol-H2/mol-acetate。產(chǎn)氫效果最差的是二氧化碳與氬氣（1：1）混合氣體組，氫氣產(chǎn)率為1.49mol-H2/

4、mol-acetate。這就說(shuō)明不同的頂部空間氣體確實(shí)會(huì)對(duì)于反應(yīng)器的產(chǎn)氫效果有影響。
　　通過(guò)高通量測(cè)序，得出影響產(chǎn)氫性能的是反應(yīng)器內(nèi)部陽(yáng)極碳刷上面的產(chǎn)電菌Geobacter的含量。氬氣組非光合MEC的產(chǎn)電菌Geobacter的含量要高于氮?dú)饨M。而在對(duì)比同種氣體條件下的光合與非光合MEC反應(yīng)器，發(fā)現(xiàn)光合細(xì)菌的含量要高于產(chǎn)電菌Geobacter。
　　在所有產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中，二氧化碳與氬氣混合氣體組（1:1）的非光合MEC甲烷產(chǎn)

5、率達(dá)到了0.394mol-CH4/mol-acetate，產(chǎn)甲烷效果最差的是氮?dú)夤夂螹EC，甲烷產(chǎn)率為0.183mol-CH4/mol-acetate。證明不同頂部空間氣體對(duì)于光合與非光合MEC反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷性能有影響。
　　通過(guò)高通量測(cè)序，得出影響產(chǎn)甲烷性能的是陰極上面產(chǎn)甲烷菌Methanobrevibacter的含量。部分二氧化碳可以為產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的生存環(huán)境，故含有二氧化碳的光合與非光合MEC擁有最佳的產(chǎn)甲烷性能