糖蜜制氫的菌群優(yōu)化與半連續(xù)流工藝研究.pdf

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

2、討了復配菌群協(xié)同產氫機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格厭氧產氫菌先應用至小樣產氫然后在發(fā)酵罐中擴大試驗，分別研究了發(fā)酵液中底物濃度、pH值、細菌接種量、氧化還原電位對產氫性能的影響。得到嚴格厭氧菌的最佳產氫環(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)酵產氫得率為1.265molH2/molG。
　　基于兩株嚴格厭氧菌與

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

4、自的優(yōu)缺點，并最終發(fā)明了發(fā)酵罐半連續(xù)流制氫工藝。在該工藝下兩株嚴格厭氧菌與一株兼性菌復配產氫達到最佳效果，產氫得率最高達到3.07molH2/mol蔗糖。
　　本文針對半連續(xù)流工藝對參數進行優(yōu)化，得到最佳參數是：糖蜜濃度40g/L、pH為6.5±0.5、緩慢加入糖蜜和培養(yǎng)基的補料方式。發(fā)酵罐連續(xù)培養(yǎng)3個循環(huán)批次后，菌群仍穩(wěn)定產氫，制氫啟動時間縮短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，其單位底物氫氣產量較批式

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