基于生物電化學(xué)技術(shù)利用薯類淀粉廢渣產(chǎn)電產(chǎn)氫的研究.pdf

1、目前,隨著環(huán)境保護(hù)的挑戰(zhàn)越發(fā)的嚴(yán)峻,在我們?nèi)粘Ｉ钪械矸郯缪葜豢苫蛉钡慕巧?同時(shí)淀粉質(zhì)量的優(yōu)劣,也影響著我們的身體健康。作為生產(chǎn)淀粉的原料,在我國(guó)北方以馬鈴薯作為主要的農(nóng)作物,而在南方大部分地區(qū)則以木薯作為生產(chǎn)淀粉的來(lái)源。在利用它們生產(chǎn)淀粉的同時(shí),也伴隨著大量的富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的附屬產(chǎn)物,其中最主要的則是馬鈴薯廢渣和木薯廢渣,這些廢渣不僅僅污染周邊環(huán)境,在腐爛的過(guò)程中,形成的廢水污染土壤影響植被的生長(zhǎng),產(chǎn)生的腐臭的氣味對(duì)空氣環(huán)境造成污染,

2、影響著人類和動(dòng)物的健康。當(dāng)前利用這類廢渣進(jìn)行再利用的方式主要通過(guò)發(fā)酵法利用其制作家畜的飼料和或者食品和飼料的添加劑,或者是作為有機(jī)肥料,但是在這個(gè)過(guò)程中不僅消耗的人力物力較大,而且只得到了差強(qiáng)人意的成果。通過(guò)無(wú)污染的降解將這類富含營(yíng)養(yǎng)的有機(jī)物再利用,進(jìn)行有效的資源化,將其變廢為寶。
　　實(shí)驗(yàn)采用體積為27cm3,容積為25mL的單室空氣陰極反應(yīng)器,分別研究這兩種薯類廢渣不同有機(jī)物濃度對(duì)生物電化學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)能的影響,從而有效地對(duì)其進(jìn)行能

3、源化的利用和降解處理,通過(guò)處理和產(chǎn)能效果的對(duì)比,確定相對(duì)合適的有機(jī)物濃度最大化的這類有機(jī)廢棄物。
　　實(shí)驗(yàn)使用50mM的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)將馬鈴薯渣稀釋成不同的濃度,分別為1g/L、5g/L、10g/L、20g/L,將木薯渣稀釋為1g/L、5g/L、10g/L,先分別以其作為微生物燃料電池(MicrobialFuelCell,MFC)的底物,當(dāng)反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后,進(jìn)行電化學(xué)性能的測(cè)試和分析并提取陽(yáng)極生物膜的DNA進(jìn)行高通量測(cè)序

4、確定微生物群落之間的關(guān)系。接下來(lái)將反應(yīng)器轉(zhuǎn)入微生物電解池(MicrobialElectrolysisCell,MEC)狀態(tài),進(jìn)行氣體收集和氣體成分分析,計(jì)算反應(yīng)器產(chǎn)生氫氣和甲烷的速率和回收率,從而確定相對(duì)合適的有機(jī)物濃度,更好的利用和降解薯類廢渣。
　　通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),以馬鈴薯廢渣為底物的微生物燃料電池(MFC),當(dāng)有機(jī)物濃度為10g/L時(shí),其產(chǎn)電性能和降解效果最佳,最大功率密度為32.1W/m3。454焦磷酸測(cè)序揭示了陽(yáng)極生物膜微

5、生物種群的多樣性,通過(guò)高通量測(cè)序分析,其優(yōu)勢(shì)菌屬是能分解利用淀粉的Bacterioide和Flavobacterium,而產(chǎn)電菌群則是Geobacter和Dysgonamonas,在該濃度下,兩種優(yōu)勢(shì)菌群在反應(yīng)器中相互作用并形成了協(xié)同關(guān)系,在降解能力最大的條件下輸出最高的電能。
　　以木薯為底物的微生物燃料電池(MFC)則是5g/L濃度條件下產(chǎn)電效果較好最大功率密度為18W/m3,但是相比較馬鈴薯淀粉廢渣而言,在電化學(xué)方面的性能表

6、現(xiàn)都稍遜一籌,這也是由于它們所含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的成分類似,但是各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量不同而影響的。由于木薯廢渣的淀粉含量相對(duì)馬鈴薯淀粉廢渣較低,纖維素含量較高,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,整體表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng),反應(yīng)周期短,固含物降解效率較低,最大電壓持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)。
　　實(shí)驗(yàn)后期選擇產(chǎn)電效果較好的反應(yīng)器,將兩種底物有機(jī)物濃度條件為5g/L、10g/L的MFC分別由轉(zhuǎn)換成MEC狀態(tài),進(jìn)行生物產(chǎn)氫,通過(guò)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)氫效果分析,將薯類淀粉廢渣利用生物電化學(xué)