頂部空間氣體對光合微生物電解池產(chǎn)氫和產(chǎn)甲烷影響.pdf

1、微生物電解池（Microbial electrolysis cell,MEC）是一種新型的生物電化學技術，這種技術能夠以較低的能量投入，利用特定的微生物將底物中的大分子有機物質(zhì)進行分解，并從反應器內(nèi)部回收產(chǎn)生的氫氣或甲烷。微生物電解池具有很好的應用前景，但是也存在著諸多的問題，如反應器放大化的問題、反應器構型優(yōu)化、反應條件優(yōu)化以及如何篩選產(chǎn)電和產(chǎn)氣效果好的優(yōu)勢菌種等等。通過文獻調(diào)研以及觀察部分實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在對微生物電解池進行曝氣除氧的

2、操作過程中，選用不同的氣體可以影響最終反應器的產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷效果。并且光合細菌也可以在厭氧條件下利用小分子有機物質(zhì)產(chǎn)生氫氣，故本實驗的目的就是首先探究通過更換不同的曝氣的氣體觀察反應器的產(chǎn)氫性能的變化，然后再加入光合細菌細菌觀察對于微生物電解池產(chǎn)氫效果有無加強作用。
　　本研究利用單室微生物電解池（MEC）反應器，分別研究了氣體對于非光合MEC與加入了光合細菌A7（Rhodopseudomonas sp.nov.strain A7，G

3、enBank No.KJ699180）后光照培養(yǎng)的光合MEC產(chǎn)氫性能的影響。這里的氣體條件，指的是反應器在曝氣除氧的過程中采用不同的氣體，并且在反應器內(nèi)部溶液上方在曝氣結束后余留的氣體，稱之為反應器內(nèi)部的頂部空間氣體。
　　通過實驗發(fā)現(xiàn)，在氬氣存在條件下的非光合MEC反應器有最佳的產(chǎn)氫效果，氫氣產(chǎn)率可達2.24mol-H2/mol-acetate。產(chǎn)氫效果最差的是二氧化碳與氬氣（1：1）混合氣體組，氫氣產(chǎn)率為1.49mol-H2/

4、mol-acetate。這就說明不同的頂部空間氣體確實會對于反應器的產(chǎn)氫效果有影響。
　　通過高通量測序，得出影響產(chǎn)氫性能的是反應器內(nèi)部陽極碳刷上面的產(chǎn)電菌Geobacter的含量。氬氣組非光合MEC的產(chǎn)電菌Geobacter的含量要高于氮氣組。而在對比同種氣體條件下的光合與非光合MEC反應器，發(fā)現(xiàn)光合細菌的含量要高于產(chǎn)電菌Geobacter。
　　在所有產(chǎn)甲烷反應器中，二氧化碳與氬氣混合氣體組（1:1）的非光合MEC甲烷產(chǎn)

5、率達到了0.394mol-CH4/mol-acetate，產(chǎn)甲烷效果最差的是氮氣光合MEC，甲烷產(chǎn)率為0.183mol-CH4/mol-acetate。證明不同頂部空間氣體對于光合與非光合MEC反應器的產(chǎn)甲烷性能有影響。
　　通過高通量測序，得出影響產(chǎn)甲烷性能的是陰極上面產(chǎn)甲烷菌Methanobrevibacter的含量。部分二氧化碳可以為產(chǎn)甲烷菌的生長提供一個良好的生存環(huán)境，故含有二氧化碳的光合與非光合MEC擁有最佳的產(chǎn)甲烷性能