产氢光发酵细菌的选育及光发酵最佳产氢模式的确定
日益严重的环境污染问题和能源短缺问题迫使人类不得不寻求新型能源。氢气作为“绿色能源”受到大家广泛关注。光发酵产氢在产生氢气的同时还可利用有机废水，是一种理想的产氢方式。但是由于产氢效率较低，目前光发酵制氢还未实现大规模生产。本研究通过筛选高效光发酵产氢细菌和设计运行新型圆盘式光发酵产氢反应器，优化光发酵细菌的产氢特性，探讨反应器的运行模式并对其关键参数进行优化，建立有效的连续流和半连续流产氢调控对策，为实现光发酵产氢的工业化生产提供理论指导。 从反应器污泥中筛选分离获得一株高效光发酵细菌菌株A7，经细胞形态检测、脂肪酸成分分析、分子生物学鉴定和系统进化树分析，其与Rhodopseudomonas palustris strain ATCC17001的相似性最高为97％，将其鉴定其为沼泽红假单胞属的一个新种，命名为A7。采用分批培养实验对其生长和产氢条件进行了优化，其最佳生长和产氢条件为初始pH7.0，温度35℃，光照强度150W/m2，接种量10%，接种菌龄14h，乙酸钠60mmol/L，谷氨酸钠15mmol/L，氢气产量达159mL氢气/60mL培养基。 针对现有光发酵产氢反应器光能转化效率低的问题，设计并运行了圆盘式光发酵产氢反应器，优化了反应器运行的主要参数。连续流运行时，在HRT为2d、补料时间4d时获得最佳产氢效果，比产氢率和产氢速率分别为2.68mol氢气/mol乙酸和17.9mL/L/h。半连续流运行时，在初次补料时间4d、间隔补料时间1d、补料量40%最佳条件下获得最大比产氢率3.22 mol氢气/mol乙酸，最大产氢速率30mL/L/h。 根据圆盘式光发酵产氢反应器的运行效果，计算了其光能转化效率，连续流运行产氢的光能转化率为1.6%，半连续流运行产氢时光能转化效率为1.9%，光能转化效率高于大部分现在已存在的光发酵产氢反应器，主要是由于反应器具有较好的搅拌系统、温度控制系统和相对较大的光照面积。 对不同的产氢模式进行了比较分析。结果认为：半连续流产氢模式是最佳的光发酵产氢运行模式。主要原因是半连续流产氢同其它模式相比，生物流失少，系统稳定性好，操作易于控制。
生物制氢技术;光发酵细菌;选育培养;圆盘式反应器;半连续流;最佳产氢模式
哈尔滨工业大学
硕士
环境科学与工程
吴忆宁
2014
中文
TQ116.2
77
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）