活性污泥中产氢细菌的筛选及其产氢特性研究

论文摘要

能源短缺以及由能源生产、消费引起的环境污染问题成为21世纪人类面临的两大难题,寻找清洁能源已是当前的紧迫任务。H2因其无色、无味、无毒且燃烧后仅生成H20而被认为是理想的清洁能源。生物制氢是通过微生物发酵或者光合作用,在生理代谢过程中产生分子氢。暗发酵细菌产氢是一种具有直接应用前景的生物制氢技术,其反应在常温常压、接近中性的温和条件下即可进行,而产氢研究的热点之一就是高效暗发酵产氢细菌的筛选。本文以木薯淀粉废水厌氧处理过程中的活性污泥为对象,探讨酸处理(不同酸处理pH值和不同酸处理时间)对污泥产氢性能和发酵特性的影响。以期获得适宜的酸处理条件,为降低处理能耗和相关技术研发提供参考依据。厌氧活性污泥经过酸处理后,发酵产氢活性均得到增强。最佳的酸处理条件为调整污泥pH为4.0放置0.5 h,以葡萄糖为碳源,在初始pH为7.0条件下,经过48 h发酵,污泥的产气量和产氢量最高,比空白对照分别增加了14.0%和60.3%。再利用三层平板厌氧培养技术,从活性污泥中成功分离筛选到一株暗发酵产氢细菌D2。16S rDNA基因序列测定表明,D2属于梭菌属。Clostridium sp.D2的产氢现象一般发生在细胞生长的对数期的前期和中期；分析了pH值、碳源、起始糖浓度等因素对细菌产氢活性的影响,确定该菌株间歇发酵产氢的最佳条件为：在培养液初始pH为7.0,葡萄糖浓度7.0g/L时有较高的产氢能力,为213±11 mLH2/g葡萄糖。菌株D2有较低的最适生长、产氢的葡萄糖底物浓度,可减少发酵产氢的成本；其发酵产氢在初始pH为中性条件时即可获得较高的产氢量,也能大大提高菌株的使用。研究为优化该菌株产氢条件,并提高产氢性能奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物制氢技术的研究现状
• 1.2.1 生物制氢技术
• 1.2.2 研究现状分析
• 1.3 暗发酵细菌产氢
• 1.3.1 产氢菌种
• 1.3.2 发酵产氢的影响因素
• 1.3.3 混合菌种产氢
• 1.3.4 细胞固定化
• 1.4 本课题的研究意义、内容及技术路线
• 1.4.1 选题的研究意义
• 1.4.2 研究内容和技术路线
• 第二章 污泥预处理产氢研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 接种污泥与预处理方法
• 2.2.2 实验装置
• 2.2.3 产氢培养基
• 2.2.4 分析方法
• 2.2.5 DGGE（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis）法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 酸处理pH对污泥发酵产氢的影响
• 2.3.2 酸处理时间t对污泥发酵产氢的影响
• 2.3.3 变性梯度凝胶电泳研究微生物种群多样性
• 2.4 本章小结
• 第三章 暗发酵产氢细菌的筛选与鉴定
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 菌株的筛选
• 3.3.2 PCR扩增结果
• 3.3.3 克隆测序结果
• 3.3.4 系统发育分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 产氢菌产氢特性测定
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 供试材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 菌株D2生长及产氢曲线
• 4.3.2 菌株D2的产氢特性
• 4.4 本章小结
• 第五章 结语与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文