糖蜜制氫的菌群優(yōu)化與半連續(xù)流工藝研究.pdf

1、發(fā)酵法生物制氫技術(shù)是未來解決產(chǎn)氫問題最有潛力的途徑之一。這種方法可以利用有機(jī)廢棄物作為發(fā)酵底物，具有廣闊的經(jīng)濟(jì)效益和除廢產(chǎn)能的環(huán)境效益，從而吸引了世界越來越多科研人員和企業(yè)的關(guān)注?；谀壳皣H上對(duì)發(fā)酵制氫的研究成果，本文進(jìn)行的研究對(duì)提高產(chǎn)氫得率和發(fā)酵法生物制氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化具有重要的推動(dòng)作用，如篩選高效產(chǎn)氫菌株并復(fù)配，開發(fā)多種廢水制氫，改進(jìn)發(fā)酵工藝等。本文選用廢糖蜜作為底物，通過復(fù)配高效產(chǎn)氫菌群，對(duì)比批式發(fā)酵工藝和連續(xù)流發(fā)酵工藝，并系統(tǒng)的探

2、討了復(fù)配菌群協(xié)同產(chǎn)氫機(jī)理和該條件下最佳制氫工藝。主要研究成果如下：
　　本文將選育的兩株嚴(yán)格厭氧產(chǎn)氫菌先應(yīng)用至小樣產(chǎn)氫然后在發(fā)酵罐中擴(kuò)大試驗(yàn)，分別研究了發(fā)酵液中底物濃度、pH值、細(xì)菌接種量、氧化還原電位對(duì)產(chǎn)氫性能的影響。得到嚴(yán)格厭氧菌的最佳產(chǎn)氫環(huán)境因子；葡萄糖濃度10g/L，培養(yǎng)基pH恒定5.5～6.0，恒溫37℃，添加緩沖溶液L-半胱氨酸。該條件下最大發(fā)酵產(chǎn)氫得率為1.265molH2/molG。
　　基于兩株嚴(yán)格厭氧菌與

3、另一種兼性菌具有相似培養(yǎng)環(huán)境且利于優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，故將三者復(fù)配。兼性菌前期產(chǎn)氫速率快后期減慢，而兩種嚴(yán)格厭氧菌的產(chǎn)氫速率從發(fā)酵中、后期才緩慢提高，因而復(fù)配對(duì)協(xié)調(diào)菌株產(chǎn)氫速率起到積極作用，促進(jìn)最終產(chǎn)氫得率提高；厭氧菌產(chǎn)氫周期長，且對(duì)氧氣非常敏感，兼性厭氧菌復(fù)配后消耗了發(fā)酵環(huán)境中的氧氣并且降低了發(fā)酵產(chǎn)物中的酸類有害成分，為嚴(yán)格厭氧菌提供了更好的生存環(huán)境。
　　從未來制氫產(chǎn)業(yè)化快速連續(xù)制氫角度出發(fā)，本文重點(diǎn)討論了批式發(fā)酵工藝和連續(xù)流發(fā)酵工藝各

4、自的優(yōu)缺點(diǎn)，并最終發(fā)明了發(fā)酵罐半連續(xù)流制氫工藝。在該工藝下兩株嚴(yán)格厭氧菌與一株兼性菌復(fù)配產(chǎn)氫達(dá)到最佳效果，產(chǎn)氫得率最高達(dá)到3.07molH2/mol蔗糖。
　　本文針對(duì)半連續(xù)流工藝對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳參數(shù)是：糖蜜濃度40g/L、pH為6.5±0.5、緩慢加入糖蜜和培養(yǎng)基的補(bǔ)料方式。發(fā)酵罐連續(xù)培養(yǎng)3個(gè)循環(huán)批次后，菌群仍穩(wěn)定產(chǎn)氫，制氫啟動(dòng)時(shí)間縮短3h。該工藝不僅可以節(jié)約制氫成本，還能獲得較高的COD去除率，其單位底物氫氣產(chǎn)量較批式

5、發(fā)酵有所提高，達(dá)混合產(chǎn)氫中上水平。最終獲得最大產(chǎn)氫得率為4.03 mol/mol蔗糖，最大平均產(chǎn)氧速率為4.65L/h。
　　本文還對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物采用反向高效液相色譜進(jìn)行了成分分析。分別定性和定量檢測(cè)批式工藝的液相產(chǎn)物，與之對(duì)比，半連續(xù)流工藝所產(chǎn)生的液相末端產(chǎn)物中乙醇、乙酸含量更多，屬于乙醇型發(fā)酵，而且在半連續(xù)流工藝調(diào)控環(huán)境因子后乙醇型發(fā)酵的特征更加明顯，適合產(chǎn)氫菌群的發(fā)酵制氫，因而從機(jī)理上證明了半連續(xù)流工藝優(yōu)于批式工藝，菌種間的協(xié)同