生物制氫反應(yīng)器發(fā)酵類型控制對策及生物強(qiáng)化作用研究.pdf

1、發(fā)酵法生物制氫技術(shù)以生物質(zhì)為原料進(jìn)行可再生能源物質(zhì)氫氣的生產(chǎn)符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求已成為世界各國競相開發(fā)的高新技術(shù)之一本文以混合菌種的連續(xù)流發(fā)酵生物制氫系統(tǒng)為基礎(chǔ)結(jié)合間歇培養(yǎng)試驗(yàn)對發(fā)酵生物制氫反應(yīng)器的啟動混合菌種的發(fā)酵產(chǎn)氫機(jī)理不同有機(jī)廢水產(chǎn)酸發(fā)酵類型的產(chǎn)氫能力運(yùn)行穩(wěn)定性以及生物制氫反應(yīng)系統(tǒng)的生物強(qiáng)化技術(shù)等進(jìn)行了深入研究這些研究對進(jìn)一步提高系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力加速發(fā)酵法生物制氫技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。
　　連續(xù)流生物制氫反應(yīng)器的快

2、速啟動研究結(jié)果表明啟動初期的容積負(fù)荷直接影響系統(tǒng)發(fā)酵類型的形成通過對一級可控生態(tài)因子容積負(fù)荷的控制可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的快速啟動并達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)酸發(fā)酵類型當(dāng)容積負(fù)荷控制為5 kgCOD/m3·d左右進(jìn)行啟動時(shí)易形成丁酸型發(fā)酵如果啟動初期的容積負(fù)荷控制在1012kgCOD/m3·d的范圍內(nèi)則系統(tǒng)容易形成乙醇型發(fā)酵在過高的有機(jī)負(fù)荷下啟動可能造成反應(yīng)系統(tǒng)的過酸狀態(tài)而導(dǎo)致反應(yīng)器啟動的失敗。
　　對發(fā)酵生物制氫系統(tǒng)的生態(tài)演替規(guī)律以及頂極群落內(nèi)平衡與

3、反饋調(diào)節(jié)機(jī)制的研究表明系統(tǒng)內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)物的變化是發(fā)酵菌群生態(tài)演替和發(fā)酵微生物自身生理代謝調(diào)節(jié)綜合作用的結(jié)果在反應(yīng)器的啟動階段系統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)物的變化主要是由發(fā)酵菌群的生態(tài)演替造成的在系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行階段系統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)物的變化來自發(fā)酵菌群自身的生理代謝調(diào)節(jié)作用當(dāng)環(huán)境條件的變化超出系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)能力的范圍時(shí)系統(tǒng)會通過生態(tài)演替形成新的頂極群落。
　　產(chǎn)氫-產(chǎn)酸發(fā)酵菌群的產(chǎn)氫途徑共有三種即EMP途徑中的丙酮酸脫羧產(chǎn)氫 NADH/NAD+的平衡調(diào)節(jié)產(chǎn)氫和產(chǎn)氫

4、產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用對產(chǎn)氫-產(chǎn)酸發(fā)酵菌群產(chǎn)氫機(jī)理的研究表明1在發(fā)酵生物制氫系統(tǒng)中氫氣主要是由丙酮酸脫羧作用產(chǎn)生的NADH/NAD+的平衡調(diào)節(jié)對系統(tǒng)產(chǎn)氫的貢獻(xiàn)較小它的作用主要表現(xiàn)在維持系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性方面2在發(fā)酵生物制氫反應(yīng)器的啟動階段反應(yīng)系統(tǒng)中的產(chǎn)酸發(fā)酵菌群能夠?qū)⑸倭康囊掖己腿樗徂D(zhuǎn)化為乙酸而對丙酸丁酸和戊酸則無轉(zhuǎn)化能力3在發(fā)酵生物制氫反應(yīng)系統(tǒng)完成菌群馴化進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期后產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用不再發(fā)生它對系統(tǒng)的產(chǎn)氫作用無貢獻(xiàn)。

5、
　　對有機(jī)廢水產(chǎn)酸發(fā)酵的三種類型即乙醇型發(fā)酵丁酸型發(fā)酵和丙酸型發(fā)酵產(chǎn)氫能力的研究結(jié)果表明以糖蜜廢水為原料在容積負(fù)荷15kg COD/m3·d的條件下乙醇型發(fā)酵的產(chǎn)氫能力最高最大產(chǎn)氫能力可達(dá)1.5m3H2/m3反應(yīng)器·d丁酸型發(fā)酵也具有較高的產(chǎn)氫能力最大產(chǎn)氫能力為0.8m3H2/m3反應(yīng)器·d丙酸型發(fā)酵的產(chǎn)氫能力很低最大產(chǎn)氫能力僅為0.06m3H2/m3反應(yīng)器·d其中乙醇型發(fā)酵的平均產(chǎn)氫能力是丁酸型發(fā)酵的1.8倍是丙酸型發(fā)酵的60

6、倍
　　對有機(jī)廢水產(chǎn)酸發(fā)酵不同類型的運(yùn)行穩(wěn)定性研究表明乙醇型發(fā)酵的運(yùn)行穩(wěn)定性要優(yōu)于丁酸型發(fā)酵 NADH/NAD+的平衡調(diào)節(jié)能力是影響運(yùn)行穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵因素在乙醇型發(fā)酵中產(chǎn)乙醇過程和產(chǎn)乙酸過程的耦聯(lián)保證了NADH/NAD+的平衡而在丁酸型發(fā)酵過程中產(chǎn)丁酸過程不能氧化過剩的NADH+H+導(dǎo)致產(chǎn)乙酸過程生成的NADH+H+在系統(tǒng)內(nèi)大量積累影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
　　本文將生物強(qiáng)化技術(shù)引入生物制氫領(lǐng)域確定了連續(xù)流發(fā)酵法生物制氫工藝