厌氧发酵产氢反应器连续运行及产氢菌的分离鉴定

论文摘要

氢能被誉为“未来能源”和“绿色能源”,是当今最具吸引力的新能源。因其清洁、高效、可再生而备受关注。目前,生产氢气的方法有很多,但这其中最具优势的则是生物法制氢法,而厌氧发酵方法制氢又因其生产工艺相对简单、生产成本较低等优点而逐渐受到重视。本文采用糖蜜稀释液为基质,运用连续流搅拌槽式反应器（CSTR）对活性污泥进行厌氧发酵驯化培养研究,同时达到产氢除废的两大目的。分别在反应器运行的不同阶段选取发酵污泥进行产氢菌的分离筛选。并对筛选出的产氢菌进行产氢特性研究。连续流实验研究结果表明,反应器在温度为（35±1）℃、HRT为8h,进水COD浓度为3000mg/L, pH6.5-7.5的条件下启动,运行稳定后以液相产物丁酸和乙酸为主要的发酵产物,此时最高产气率和产氢率分别达到4.87L/d和41.25mL/d。当反应器进水COD浓度提高到4000mg/L时,经过一段时间的调整,最高产气率和产氢率分别达到6.62L/d和104.8mL/d,此阶段液相发酵主产物未发生改变,但丁酸含量提高,乙酸含量有所下降。当进水COD浓度提高到5500mg/L时,系统内产气率和产氢率分别达到整个运行过程的最大值为9.45L/d和120mL/d。采用Hungate厌氧滚管法从产氢发酵污泥中分离筛选得到一株具有较好产氢能力的菌株Q2,通过间歇性实验测得Q2的产氢能力为1152 mL/L-culture（以单位体积培养基产气量计算）。对产氢菌Q2进行16s rDNA菌种鉴定,通过与基因库内信息比对,产氢菌Q2为Pectinatus sp.。通过间歇实验装置考察了产氢菌Q2对木糖、果糖、葡萄糖、乳糖、蔗糖、淀粉的利用情况。实验结果表明五碳糖和六碳糖均可被产氢菌Q2用作底物进行代谢;同样单糖、双糖以及多糖都可以用作产氢基质。单质铁和二价铁对产氢菌的代谢都有影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 产氢技术的现状
• 1.2 生物法制氢技术
• 1.2.1 生物法制氢的主要研方向
• 1.2.2 产氢菌种的选育
• 1.2.3 混合菌种产氢技术
• 1.3 厌氧发酵制氢
• 1.3.1 厌氧发酵制氢原理
• 1.3.2 厌氧发酵产氢的特点
• 1.4 课题背景
• 1.4.1 课题的来源
• 1.4.2 本课题的研究目的和意义
• 1.4.3 主要研究内容
• 第2章 制氢反应器的连续运行
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 主要实验仪器与试剂
• 2.1.3 接种污泥
• 2.1.4 实验底物
• 2.1.5 实验条件及参数控制
• 2.1.6 分析项目及测定方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 运行过程中COD 去除率的变化情况
• 2.2.2 pH 值的变化情况
• 2.2.3 糖转化率的变化情况
• 2.2.4 液相发酵产物及含量分析
• 2.2.5 产气量及氢气含量的分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 厌氧发酵产氢菌的分离筛选与菌种鉴定
• 3.1 实验仪器与实验方法
• 3.1.1 主要仪器与试剂
• 3.1.2 培养基
• 3.1.3 间歇实验装置
• 3.1.4 分析项目及测定方法
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 厌氧发酵产氢菌的分离筛选
• 3.2.2 产氢菌产氢能力的测定
• 3.2.3 16S rDNA 菌种鉴定
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 厌氧发酵产氢菌的筛选结果
• 2 菌种鉴定结果'>3.3.2 厌氧发酵产氢菌Q₂菌种鉴定结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 产氢菌利用不同基质产氢研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 主要仪器与试剂
• 4.1.3 实验菌种
• 4.1.4 培养基质
• 4.1.5 分析项目及测定方法
• 4.1.6 实验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 产氢菌对不同糖类的利用
• 4.2.2 铁元素的价态对产氢菌代谢的影响
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢