光發(fā)酵細菌生物膜法強化產(chǎn)氫調(diào)控.pdf

1、針對光發(fā)酵細菌絮凝困難、細菌隨出水嚴重流失和反應(yīng)裝置運行穩(wěn)定性差等主要問題。本論文采用光發(fā)酵細菌性形成穩(wěn)定的生物膜解決這一問題。首先研究載體的投入對光發(fā)酵細菌生物膜形成、細菌生長和產(chǎn)氫的影響，并對生物膜形成和產(chǎn)氫關(guān)鍵參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)控，然后多尺度考察了光發(fā)酵細菌生物膜促進產(chǎn)氫的機制。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)。
　　載體加入對產(chǎn)氫培養(yǎng)基細菌生長沒有明顯影響。載體的投

2、加使得反應(yīng)體系產(chǎn)氣過程高效產(chǎn)氣時間從2-5d拓寬到了1-10d，累積產(chǎn)氣量達到4300 mL/L，相比于對照組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而對照組反應(yīng)終止時底物仍剩余320mg/L，對應(yīng)底物轉(zhuǎn)化效率由24%提高到58%。
　　針對反應(yīng)裝置關(guān)鍵參

3、數(shù)進行優(yōu)化調(diào)控時，通過綜合考慮并比較產(chǎn)氫量、運行時間、產(chǎn)氫速率和底物利用率等幾個方面，證明4 g/L碳源濃度、0.5 g/L L-半胱氨酸濃度、10cm*1的載體長度數(shù)量組合對對應(yīng)是最優(yōu)的反應(yīng)裝置條件。同時生物膜的出現(xiàn)使得反應(yīng)裝置能夠抵抗外界環(huán)境波動并維持產(chǎn)氫能力。實驗證實生物膜的形成可以促進光發(fā)酵細菌對底物更充分的利用，并更高效穩(wěn)定的產(chǎn)生氫氣，對于反應(yīng)裝置整體效能有著極強的提高作用。
　　最后，多尺度對生物膜促進產(chǎn)氫機制進行分析

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