混合菌群厭氧發(fā)酵過(guò)程及其氫氣過(guò)飽和現(xiàn)象研究.pdf

1、混菌厭氧發(fā)酵作為一種有前景的生物技術(shù)，被越來(lái)越多的應(yīng)用于生物能源和生物產(chǎn)品的生產(chǎn)中，這其中包括氫氣、乙醇、脂肪酸類(lèi)和甲烷等。不同的操作條件，如溫度、pH、底物等，能夠直接影響到菌群的代謝過(guò)程，進(jìn)而改變厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物組成和分布。因此，如何通過(guò)有效的條件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的提高顯得尤其重要。本文主要研究了堿性條件下混菌發(fā)酵葡萄糖過(guò)程，探索了混菌發(fā)酵過(guò)程中的氫氣過(guò)飽和現(xiàn)象及其影響，并通過(guò)條件控制實(shí)現(xiàn)了甘油的部分厭氧消化過(guò)程。主要研究?jī)?nèi)容和

2、研究結(jié)果如下:
　　 1.混菌發(fā)酵葡萄糖實(shí)驗(yàn)在連續(xù)攪拌反應(yīng)器(CSTR)中進(jìn)行，分別在35℃、55℃和70℃溫度條件下，變化pH值從中性到堿性(6.5-10.5)，得到了不同條件下混菌代謝產(chǎn)物分布的變化情況，其中主要包括脂肪酸類(lèi)、乙醇、生物量等。基于微生物細(xì)胞的氧化還原平衡、熱力學(xué)條件以及胞內(nèi)pH平衡控制等，解釋了堿性條件代謝產(chǎn)物發(fā)生變化的可能原因。同時(shí)，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用性進(jìn)行了探討。
　　 2.實(shí)驗(yàn)通過(guò)膜進(jìn)樣質(zhì)譜儀(MIM

3、S)研究了不同氮?dú)獯祾叻绞胶蛿嚢杷俣葘?duì)強(qiáng)高溫(70℃)混菌發(fā)酵過(guò)程中氫氣過(guò)飽和的影響，并分析了其與發(fā)酵代謝產(chǎn)物分布之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了強(qiáng)高溫發(fā)酵中氫氣過(guò)飽和的存在，同時(shí)推測(cè)由于過(guò)飽和現(xiàn)象的存在，溶解氫氣比頂空氫氣更能反映發(fā)酵代謝產(chǎn)物的分布情況。通過(guò)對(duì)總氣體傳質(zhì)系數(shù)(KLa)的計(jì)算分析，推測(cè)氫氣過(guò)飽和在混菌發(fā)酵過(guò)程中是一種普遍存在的現(xiàn)象。當(dāng)利用氣體吹掃來(lái)提高氫氣產(chǎn)量時(shí)，最適吹掃速率為氫氣產(chǎn)率的2-10倍。
　　 3.在強(qiáng)高溫條件

4、(70℃)下，通過(guò)控制水力停留時(shí)間(HRT)等實(shí)現(xiàn)了甘油的定向產(chǎn)乙酸和甲烷的過(guò)程。分子生物學(xué)手段得到，混合菌群中的古菌以嗜氫產(chǎn)甲烷菌為主。間歇實(shí)驗(yàn)得到甲烷最大產(chǎn)率約為250 mL/d/L_liquid，乙酸最大產(chǎn)率約為580 mg/d/L_liquid。長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了甘油強(qiáng)高溫厭氧消化在不同底物負(fù)荷下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，頂空甲烷含量達(dá)到75％，乙酸純度為90％左右。系統(tǒng)在高底物負(fù)荷率下有更好的運(yùn)行效果，其乙酸和甲烷產(chǎn)量分別達(dá)到0.77和0