連續(xù)流生物制氫反應(yīng)器的定向啟動(dòng)及群落演替規(guī)律.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號(hào)：X382國際圖書分類號(hào)：620.9工學(xué)博士學(xué)位論文連續(xù)流生物制氫反應(yīng)器的定向啟動(dòng)及群落演替規(guī)律博士研究生：宮曼麗導(dǎo)師：任南琪教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：環(huán)境工程所在單位：市政環(huán)境工程學(xué)院答辯日期：2006年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）預(yù)測(cè)，未來20年間追求經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的動(dòng)機(jī)與能源可持續(xù)發(fā)展的矛盾將不斷顯現(xiàn)。及早進(jìn)行能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，已成為全球的共識(shí)。在眾多能

2、源生產(chǎn)技術(shù)中，發(fā)酵法生物制氫技術(shù)以其獨(dú)特的環(huán)境友好性成為研究熱點(diǎn)。如何提高反應(yīng)器的產(chǎn)氫能力和降低制氫成本是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化需解決的首要問題。本研究以混合菌種連續(xù)流生物制氫反應(yīng)器的啟動(dòng)為基礎(chǔ)，結(jié)合分子生物學(xué)技術(shù)，對(duì)反應(yīng)器啟動(dòng)的影響因子、啟動(dòng)過程中微生物群落演替規(guī)律以及乙醇型發(fā)酵的投菌強(qiáng)化啟動(dòng)進(jìn)行了深入研究。提出了快速建立目標(biāo)發(fā)酵類型產(chǎn)氫發(fā)酵菌群，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器定向啟動(dòng)的人工調(diào)控對(duì)策。這些研究將從細(xì)胞水平提高系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力，對(duì)于加速發(fā)酵法生物制氫技

3、術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。采用連續(xù)流攪拌槽式反應(yīng)器（CSTR），以糖蜜為底物，對(duì)影響反應(yīng)器啟動(dòng)的主要控制因子量化研究表明，有機(jī)負(fù)荷和pH值是影響反應(yīng)器啟動(dòng)的重要控制因子?？刂朴袡C(jī)負(fù)荷和pH值實(shí)現(xiàn)制氫反應(yīng)器定向啟動(dòng)的人工調(diào)控對(duì)策如下：在啟動(dòng)負(fù)荷為7.0kgCODm3d、水力停留時(shí)間為6h、污泥接種量不小于6gVSSL、采取階梯式負(fù)荷提升方式進(jìn)行反應(yīng)器啟動(dòng)的前提下，當(dāng)pH值控制在5.50.1時(shí)，易形成丁酸型發(fā)酵；當(dāng)pH值為5.00.1時(shí)，

4、易形成混合酸型發(fā)酵；當(dāng)pH值控制在4.50.1時(shí)，易形成乙醇型發(fā)酵。采用分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)反應(yīng)器啟動(dòng)期的微生物群落演替規(guī)律研究表明，反應(yīng)器的啟動(dòng)控制條件直接影響微生物群落的演替速度和演替方向。試驗(yàn)中采用的定向啟動(dòng)控制對(duì)策使初始微生物群落多樣性先增加后逐漸降低，群落結(jié)構(gòu)之間的相似性逐漸提高，演替速度先加快后減慢，直到形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)。群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢(shì)種群數(shù)量具有時(shí)序動(dòng)態(tài)性，微生物多樣性呈現(xiàn)變化的特征。其中以pH值對(duì)微生物群落演替作用最為明顯

5、。乙醇型發(fā)酵菌群的群落演替主要發(fā)生在啟動(dòng)的前15d，但是仍需要30d的時(shí)間來建立穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)，完成穩(wěn)定產(chǎn)氫的群落功能。對(duì)乙醇型產(chǎn)氫發(fā)酵菌群的群落結(jié)構(gòu)分析表明，乙醇型發(fā)酵優(yōu)勢(shì)種群為低GC含量的革蘭氏陽性細(xì)菌群的Clostridiumsp.和Ethanologenbacteriumharbinsp.；β亞綱的Acidovaxsp.；γ亞綱的Kluyverasp.和一些未被培養(yǎng)的擬桿菌群和螺旋體群細(xì)菌。在群落演替過程中一直存在的Clostr