連續(xù)流生物制氫反應器的定向啟動及群落演替規(guī)律.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：X382國際圖書分類號：620.9工學博士學位論文連續(xù)流生物制氫反應器的定向啟動及群落演替規(guī)律博士研究生：宮曼麗導師：任南琪教授申請學位：工學博士學科、專業(yè)：環(huán)境工程所在單位：市政環(huán)境工程學院答辯日期：2006年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要國際能源機構(gòu)（IEA）預測，未來20年間追求經(jīng)濟高速發(fā)展的動機與能源可持續(xù)發(fā)展的矛盾將不斷顯現(xiàn)。及早進行能源消費結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，已成為全球的共識。在眾多能

2、源生產(chǎn)技術(shù)中，發(fā)酵法生物制氫技術(shù)以其獨特的環(huán)境友好性成為研究熱點。如何提高反應器的產(chǎn)氫能力和降低制氫成本是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化需解決的首要問題。本研究以混合菌種連續(xù)流生物制氫反應器的啟動為基礎，結(jié)合分子生物學技術(shù)，對反應器啟動的影響因子、啟動過程中微生物群落演替規(guī)律以及乙醇型發(fā)酵的投菌強化啟動進行了深入研究。提出了快速建立目標發(fā)酵類型產(chǎn)氫發(fā)酵菌群，實現(xiàn)反應器定向啟動的人工調(diào)控對策。這些研究將從細胞水平提高系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力，對于加速發(fā)酵法生物制氫技

3、術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程具有重要意義。采用連續(xù)流攪拌槽式反應器（CSTR），以糖蜜為底物，對影響反應器啟動的主要控制因子量化研究表明，有機負荷和pH值是影響反應器啟動的重要控制因子?？刂朴袡C負荷和pH值實現(xiàn)制氫反應器定向啟動的人工調(diào)控對策如下：在啟動負荷為7.0kgCODm3d、水力停留時間為6h、污泥接種量不小于6gVSSL、采取階梯式負荷提升方式進行反應器啟動的前提下，當pH值控制在5.50.1時，易形成丁酸型發(fā)酵；當pH值為5.00.1時，

4、易形成混合酸型發(fā)酵；當pH值控制在4.50.1時，易形成乙醇型發(fā)酵。采用分子生物學技術(shù)對反應器啟動期的微生物群落演替規(guī)律研究表明，反應器的啟動控制條件直接影響微生物群落的演替速度和演替方向。試驗中采用的定向啟動控制對策使初始微生物群落多樣性先增加后逐漸降低，群落結(jié)構(gòu)之間的相似性逐漸提高，演替速度先加快后減慢，直到形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)。群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢種群數(shù)量具有時序動態(tài)性，微生物多樣性呈現(xiàn)變化的特征。其中以pH值對微生物群落演替作用最為明顯

5、。乙醇型發(fā)酵菌群的群落演替主要發(fā)生在啟動的前15d，但是仍需要30d的時間來建立穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)，完成穩(wěn)定產(chǎn)氫的群落功能。對乙醇型產(chǎn)氫發(fā)酵菌群的群落結(jié)構(gòu)分析表明，乙醇型發(fā)酵優(yōu)勢種群為低GC含量的革蘭氏陽性細菌群的Clostridiumsp.和Ethanologenbacteriumharbinsp.；β亞綱的Acidovaxsp.；γ亞綱的Kluyverasp.和一些未被培養(yǎng)的擬桿菌群和螺旋體群細菌。在群落演替過程中一直存在的Clostr