生物電解產(chǎn)氫系統(tǒng)功能微生物篩選及其電化學(xué)特性研究.pdf

1、生物電解系統(tǒng)（MEC）是針對現(xiàn)有發(fā)酵制氫中末端產(chǎn)物仍然蘊含的能源潛力，立足于利用乙酸等小分子有機質(zhì)在微生物作用下進(jìn)一步獲得氫氣的深度制氫工藝。目前，國內(nèi)外對MEC系統(tǒng)功能微生物及其貢獻(xiàn)的認(rèn)識還相當(dāng)有限，不同類型功能微生物的電子傳遞特性及協(xié)同作用尚無研究。
　　本研究建立了一種新型的MEC系統(tǒng)陽極功能菌群的分離篩選方法—基于無定形鐵還原的連續(xù)稀釋法，對陽極生物膜樣品進(jìn)行連續(xù)倍比稀釋（10-1~10-9），并將不同稀釋條件下的樣品接種

2、至無定形鐵篩選培養(yǎng)基，以Fe(III)還原能力為指標(biāo)進(jìn)行篩選，直至獲得具有高活性的最小功能單元。實驗結(jié)果表明，稀釋倍數(shù)從10-1降低到10-6，不同菌群Fe(III)還原反應(yīng)均有一個遲滯期，且遲滯期隨著稀釋倍數(shù)的增大而延長，但最大鐵還原能力受稀釋倍數(shù)的影響較小。故采用該方法得到的具有Fe(III)還原能力的最高稀釋倍數(shù)（10-6）下的功能菌群定義為“最小功能單元”。本研究采用該方法從穩(wěn)定運行三個月的MEC系統(tǒng)陽極生物膜中篩選出“最小功能

3、單元”（命名為E23）?！白钚」δ軉卧薄狤23具有穩(wěn)定高效的鐵還原能力，能利用乙酸作為電子供體還原無定形鐵，將100mmol無定形鐵完全還原為Fe3O4。
　　將MEC陽極生物膜“最小功能單元”—E23接種至雙室MEC系統(tǒng)，以乙酸作為唯一電子供體，不加任何介體。結(jié)果表明，在無外加電壓條件下，E23可以利用乙酸產(chǎn)生電流，最大電流密度為417.5mA/m2，最大功率密度為209.1mW/m2，這高于已有報道相似工藝條件下活性污泥的產(chǎn)

4、電能力。在一個15天為周期的反應(yīng)器批次實驗中，總庫侖效率（Ec）達(dá)22.4％±2%。實驗還采用變形梯度凝膠電泳（DGGE）技術(shù)分析了E23接種液的優(yōu)勢種群對MEC啟動的影響，提出了通過優(yōu)化E23接種液的優(yōu)勢種群結(jié)構(gòu)的方式，可以將“最小功能單元”—E23在MEC中的遲滯期（140h）縮短為0h。
　　同時，利用Hungate技術(shù)從MEC系統(tǒng)懸浮液中分離到1株懸浮液功能菌株，命名為WL-4，它不能利用乙酸、甲酸、丙酸、丁酸、乙醇、乳酸