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能源危机席卷全球,寻找替代能源势在必行。氢能由于其清洁、高效、可再生的特点而成为备受关注的新型能源。生物制氢技术因反应条件温和、能耗低、环境友好等特点而优于传统制氢方法。发酵微生物制氢技术产氢效率高、对环境适应性强、反应器设计简单,更适合工业化生产。但其代谢产物为小分子有机酸,大量的有机酸会使反应体系pH值下降,产氢效能降低,同时废水得不到完全处理;光合细菌利用大分子有机物的能力不强,但可降解多种小分子有机酸,且能将产氢与光能利用、有机物的去除有机地结合在一起。因此,光合细菌与发酵细菌耦联培养,就有可能实现有机物完全降解并持续产氢,提高光能转换效率和底物的利用效率,降低挥发酸对细菌的毒性,提高产氢量,使光-暗耦联产氢成为生物制氢技术中最有前景的方法。
海洋产氢细菌由于具有较强的盐耐受性,可适用于高盐度有机废水的处理,同时获得氢能,是集污水治理和生物制氢为一体的综合技术,具有广阔的应用前景。本文通过分离获得一株海洋产氢光合细菌Marichromatium sp.LC83,并将其与本实验室已获得的产氢发酵细菌BH-18进行光-暗耦联制氢实验,并分析其提高产氢的理论基础,主要实验结果如下:
首先,从海洋环境中筛选到一株生长迅速、底物利用广、适应性强,并具有一定产氢能力的光合细菌,采用生理生化和分子生物学的方法鉴定该菌株属于Marichromatium属,将其定名为Marichromatium sp.LC83。通过单因子试验对该菌株生长条件进行优化。结果表明,该菌株具有广泛的适应性,在盐度为10~70‰、pH值为5~11、温度为15~40℃、光照强度为40~200μmol/m2·s范围内均能良好生长,并且对生长因子不具有依赖性。
其次,以本课题组已获得的海洋暗发酵细菌--成团泛菌Pantoea agglomeransBH-18与菌株光合细菌LC83耦联进行产氢实验。结果表明,暗发酵产氢细菌与光合细菌耦联产氢能够极大的提高产氢和有机物利用率。在暗发酵细菌(成团泛菌BH-18)发酵产氢的不同时期,接入光合细菌(Marichromatium sp.LC83)进行耦联产氢,发现耦联后光合细菌LC83在葡萄糖浓度较低的环境下还可以生成葡萄糖,同时使发酵液的TOC和TNb浓度增加。在耦联产氢时,两种细菌可以共同生长,并且菌株LC83对耦联体系pH值、氧化还原电位、葡萄糖浓度、TOC和TNb的影响都偏向于有利产氢的条件。
最后,将暗发酵细菌Pantoea agglomerans BH-18与光合细菌Marichromatiumsp.LC83按不同接种量比例进行耦联制氢。结果表明,菌株BH-18和菌株LC83协同作用,提高产氢效率,扩大底物利用率。其中以暗/光比为1/8时效果最佳。