基于生物電化學技術利用薯類淀粉廢渣產電產氫的研究.pdf

1、目前,隨著環(huán)境保護的挑戰(zhàn)越發(fā)的嚴峻,在我們日常生活中淀粉扮演著不可或缺的角色,同時淀粉質量的優(yōu)劣,也影響著我們的身體健康。作為生產淀粉的原料,在我國北方以馬鈴薯作為主要的農作物,而在南方大部分地區(qū)則以木薯作為生產淀粉的來源。在利用它們生產淀粉的同時,也伴隨著大量的富含營養(yǎng)物質的附屬產物,其中最主要的則是馬鈴薯廢渣和木薯廢渣,這些廢渣不僅僅污染周邊環(huán)境,在腐爛的過程中,形成的廢水污染土壤影響植被的生長,產生的腐臭的氣味對空氣環(huán)境造成污染,

2、影響著人類和動物的健康。當前利用這類廢渣進行再利用的方式主要通過發(fā)酵法利用其制作家畜的飼料和或者食品和飼料的添加劑,或者是作為有機肥料,但是在這個過程中不僅消耗的人力物力較大,而且只得到了差強人意的成果。通過無污染的降解將這類富含營養(yǎng)的有機物再利用,進行有效的資源化,將其變廢為寶。
　　實驗采用體積為27cm3,容積為25mL的單室空氣陰極反應器,分別研究這兩種薯類廢渣不同有機物濃度對生物電化學系統(tǒng)產能的影響,從而有效地對其進行能

3、源化的利用和降解處理,通過處理和產能效果的對比,確定相對合適的有機物濃度最大化的這類有機廢棄物。
　　實驗使用50mM的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)將馬鈴薯渣稀釋成不同的濃度,分別為1g/L、5g/L、10g/L、20g/L,將木薯渣稀釋為1g/L、5g/L、10g/L,先分別以其作為微生物燃料電池(MicrobialFuelCell,MFC)的底物,當反應器穩(wěn)定運行后,進行電化學性能的測試和分析并提取陽極生物膜的DNA進行高通量測序

4、確定微生物群落之間的關系。接下來將反應器轉入微生物電解池(MicrobialElectrolysisCell,MEC)狀態(tài),進行氣體收集和氣體成分分析,計算反應器產生氫氣和甲烷的速率和回收率,從而確定相對合適的有機物濃度,更好的利用和降解薯類廢渣。
　　通過分析發(fā)現,以馬鈴薯廢渣為底物的微生物燃料電池(MFC),當有機物濃度為10g/L時,其產電性能和降解效果最佳,最大功率密度為32.1W/m3。454焦磷酸測序揭示了陽極生物膜微

5、生物種群的多樣性,通過高通量測序分析,其優(yōu)勢菌屬是能分解利用淀粉的Bacterioide和Flavobacterium,而產電菌群則是Geobacter和Dysgonamonas,在該濃度下,兩種優(yōu)勢菌群在反應器中相互作用并形成了協同關系,在降解能力最大的條件下輸出最高的電能。
　　以木薯為底物的微生物燃料電池(MFC)則是5g/L濃度條件下產電效果較好最大功率密度為18W/m3,但是相比較馬鈴薯淀粉廢渣而言,在電化學方面的性能表

6、現都稍遜一籌,這也是由于它們所含有營養(yǎng)物質的成分類似,但是各種營養(yǎng)物質的含量不同而影響的。由于木薯廢渣的淀粉含量相對馬鈴薯淀粉廢渣較低,纖維素含量較高,導致實驗過程中,整體表現為實驗周期較長,反應周期短,固含物降解效率較低,最大電壓持續(xù)時間短的特點。
　　實驗后期選擇產電效果較好的反應器,將兩種底物有機物濃度條件為5g/L、10g/L的MFC分別由轉換成MEC狀態(tài),進行生物產氫,通過實驗的產氫效果分析,將薯類淀粉廢渣利用生物電化學