论文部分内容阅读
随着能源的日益紧张以及环境污染的日益严重，作为清洁能源的氢能的研究逐渐受到重视。相对于传统的制氢方法，生物产氢由于低能耗、高效率、无污染以及可再生等优点而备受关注。其中发酵法制氢因其可将有机废弃物处理以及产能相联合、具有较高的产氢效率而成为最有潜力的产氢技术。本文采用发酵产氢法，选育了兼性Bacteria.E为研究对象，研究了不同规模下其产氢特性，以及与厌氧菌群复配条件下的协同效应。
本文将经过酸性驯化后得到的耐酸性较高的Bacteria.E应用至发酵产氢，研究了发酵液相中缓冲溶液、金属离子、pH值和底物浓度对产氢性能的影响。得到在450mL小样条件下缓冲溶液和Fe2+同时存在时推荐产氢生态因子为：在37℃下，调控培养基pH6.0～7.0，底物浓度20g/L。此条件下得到小样条件下最大氢气产率为1.049molH2/mol葡萄糖。
本研究将小样最优生态因子条件应用于10L发酵罐产氢，得到氢气的产量和葡萄糖分解率均不及同条件下小样参数；通过惰性气体吹扫方式和葡萄糖底物流加方式对发酵工艺参数进行改进，两种改进条件下均可有效抑制发酵液相中副反应。当同时采用两种工艺优化时进行对氢气产率提高最大，发酵罐产氢单位底物氢气产量从恒pH条件下未改进前的0.767molH2/mol葡萄糖提高至改进后的1.220molH2/mol葡萄糖。
为了研究兼性产氢菌与厌氧菌复配协同作用，本研究将实验室两株厌氧产氢菌应用至10L发酵罐中产氢。研究发现两株厌氧菌基本生长条件和最佳产氢环境pH为6.0～7.0，与Bacteria.E一致。得到氢气产量分别为1.353和1.238molH2/mol葡萄糖，但其产氢周期长，平均产氢速率分别为42.21和70.0mL/L·h。基于两菌与Bacteria.E具有相似培养环境和各自优点，可将两株厌氧菌与其复配。
本研究制定了四种复配菌群，与未复配纯菌相比较，复配菌群氢气产率均提高，尤其是将三种菌同比混合复配具有最佳产氢效率和最大平均产氢速率分别为1.885molH2/mol葡萄糖和212.2mL/L·h。对其连续培养5天后，菌群仍表现出稳定的产氢性能和较高的产氢效率，单位底物氢气产量较批式发酵提高，为1.968molH2/mol葡萄糖。