乙醇產(chǎn)氫發(fā)酵特性及其與微生物電解池耦合梯級產(chǎn)氫.pdf

1、發(fā)酵法生物制氫技術(shù)在處理有機廢水和廢棄物同時產(chǎn)氫,具有改善環(huán)境和實現(xiàn)能源再生的雙重功效,是一項具有良好應用前景的技術(shù)。然而發(fā)酵產(chǎn)氫細菌不能轉(zhuǎn)化小分子有機酸和醇,由于存在代謝障礙降低了氫氣轉(zhuǎn)化率。微生物電解池(MEC)是一項新興的廢水處理與產(chǎn)氫技術(shù),在電化學輔助作用下可實現(xiàn)碳水化合物和小分子有機酸產(chǎn)氫。然而微生物電解池產(chǎn)氫技術(shù)在高濃度碳水化合物條件下,容易產(chǎn)生酸化,產(chǎn)氫效能降低?？梢?如何實現(xiàn)碳水化合物高效轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫是生物制氫技術(shù)的難點。本

2、文主要探討環(huán)境因素對乙醇型發(fā)酵產(chǎn)氫及凝集的影響,將乙醇型發(fā)酵產(chǎn)氫技術(shù)與MEC產(chǎn)氫技術(shù)偶聯(lián),實現(xiàn)碳源梯級利用,提高底物利用率和產(chǎn)氫能力,這一研究具有重要的現(xiàn)實和理論意義。
　　以乙醇發(fā)酵產(chǎn)氫細菌Ethanoligenens harbinense YUAN-3(哈爾濱產(chǎn)乙醇桿菌)進行產(chǎn)氫發(fā)酵時,Ca2+濃度為0.5g/L時菌株YUAN-3的凝集系數(shù)為90％以上,產(chǎn)氫量隨Ca2+濃度增加而下降。在0.1g/LCa2+濃度時,菌株X-29

3、的產(chǎn)氫量為1400ml-H2/L-培養(yǎng)基;產(chǎn)氫菌X-29的自凝集效果較差,其凝集系數(shù)在10%左右,Ca2+的投加對菌株X-29的凝集影響不大。培養(yǎng)基中Fe2+濃度為0.1g/L,L-半胱氨酸濃度為0.8g/L時,YUAN-3的凝集和產(chǎn)氫能達到較好效果。對產(chǎn)氫菌YUAN-3和X-29的蛋白表達圖譜分析,發(fā)現(xiàn)了可能與凝集相關的差異蛋白,其結(jié)構(gòu)與苜蓿根瘤菌1021的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白家族的Putative GntR蛋白相似。
　　分析不同二糖

4、對產(chǎn)氫菌YUAN-3產(chǎn)氫量和底物利用率的影響。菌株YUAN-3在以蔗糖作為底物時具有較高產(chǎn)氫量和底物利用率。35g/L-蔗糖時,氫氣產(chǎn)量為1936ml-H2/L-培養(yǎng)基,底物利用率在20g/L時為100%;24g/L-乳糖時,氫氣產(chǎn)量為1387ml-H2/L-培養(yǎng)基,乳糖濃度低于10g/L時的底物利用率高于90%;以麥芽糖作為底物時的底物利用率和產(chǎn)氫效率都相對較低。
　　利用產(chǎn)氫產(chǎn)乙醇發(fā)酵與MEC耦合實現(xiàn)了蔗糖梯級產(chǎn)氫。將菌株YU

5、AN-3與產(chǎn)電細菌Shewanella sp.NH41復配進行一步法產(chǎn)氫,氫氣產(chǎn)率為2.82mol-H2/mol-底物;菌株YUAN-3和Shewanella sp.NH41、Geobacter sulfurreducens PCA這兩種產(chǎn)電菌復配產(chǎn)氫時,氫氣產(chǎn)率為2.95mol-H2/mol-底物。以蔗糖為底物進行兩步法產(chǎn)氫時,MEC段的氫氣產(chǎn)率為55.37mmol-H2/g-COD,相較于單純發(fā)酵氫氣轉(zhuǎn)化率提高了83%,底物轉(zhuǎn)化率提