光發(fā)酵細(xì)菌生物膜法強(qiáng)化產(chǎn)氫調(diào)控.pdf

1、針對(duì)光發(fā)酵細(xì)菌絮凝困難、細(xì)菌隨出水嚴(yán)重流失和反應(yīng)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性差等主要問題。本論文采用光發(fā)酵細(xì)菌性形成穩(wěn)定的生物膜解決這一問題。首先研究載體的投入對(duì)光發(fā)酵細(xì)菌生物膜形成、細(xì)菌生長(zhǎng)和產(chǎn)氫的影響，并對(duì)生物膜形成和產(chǎn)氫關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，然后多尺度考察了光發(fā)酵細(xì)菌生物膜促進(jìn)產(chǎn)氫的機(jī)制。本論文的目的是通過形成生物膜使反應(yīng)裝置能夠高效穩(wěn)定產(chǎn)氫，為后續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。
　　載體加入對(duì)產(chǎn)氫培養(yǎng)基細(xì)菌生長(zhǎng)沒有明顯影響。載體的投

2、加使得反應(yīng)體系產(chǎn)氣過程高效產(chǎn)氣時(shí)間從2-5d拓寬到了1-10d，累積產(chǎn)氣量達(dá)到4300 mL/L，相比于對(duì)照組2120 mL/L提升約100％，氫氣濃度由60%提高約到70%，產(chǎn)氫量由1060 mLH2/L提升到2580 mLH2/L，產(chǎn)氫量提高約180%，同時(shí)產(chǎn)氣過程更加平穩(wěn)持續(xù)。生物膜法反應(yīng)裝置底物最終可利用到74mg/L而對(duì)照組反應(yīng)終止時(shí)底物仍剩余320mg/L，對(duì)應(yīng)底物轉(zhuǎn)化效率由24%提高到58%。
　　針對(duì)反應(yīng)裝置關(guān)鍵參

3、數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控時(shí)，通過綜合考慮并比較產(chǎn)氫量、運(yùn)行時(shí)間、產(chǎn)氫速率和底物利用率等幾個(gè)方面，證明4 g/L碳源濃度、0.5 g/L L-半胱氨酸濃度、10cm*1的載體長(zhǎng)度數(shù)量組合對(duì)對(duì)應(yīng)是最優(yōu)的反應(yīng)裝置條件。同時(shí)生物膜的出現(xiàn)使得反應(yīng)裝置能夠抵抗外界環(huán)境波動(dòng)并維持產(chǎn)氫能力。實(shí)驗(yàn)證實(shí)生物膜的形成可以促進(jìn)光發(fā)酵細(xì)菌對(duì)底物更充分的利用，并更高效穩(wěn)定的產(chǎn)生氫氣，對(duì)于反應(yīng)裝置整體效能有著極強(qiáng)的提高作用。
　　最后，多尺度對(duì)生物膜促進(jìn)產(chǎn)氫機(jī)制進(jìn)行分析

4、。發(fā)現(xiàn)生物膜的形成使得光發(fā)酵細(xì)菌固氮酶和產(chǎn)氫酶這兩種產(chǎn)氫關(guān)鍵酶活性均得到提高，直接增強(qiáng)了細(xì)菌產(chǎn)氫能力。針對(duì)光發(fā)酵細(xì)菌胞外聚合物進(jìn)行研究表明，生物膜并沒有改變細(xì)菌EPS元素的相對(duì)含量，而是使得細(xì)菌胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances，EPS）結(jié)構(gòu)尤其是苯環(huán)結(jié)構(gòu)和氫鍵發(fā)生改變，使得細(xì)菌表面能下降，有利于細(xì)菌與基質(zhì)的物質(zhì)和能量交換，同時(shí)細(xì)菌形成小凝聚體，導(dǎo)致細(xì)菌EPS結(jié)構(gòu)松散、濃度下降，將更多的能源