利用畜禽粪便产氢的高效光合菌群筛选及其产氢过程初步研究

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随着社会的不断进步和工业化程度的不断提高,世界范围内对能源的需求量在日益增加。煤、石油、天然气等常规能源在做燃料燃烧时会对环境造成严重污染,资源与环境的可持续发展受到严峻挑战,所以开发洁净新能源已成为能源和环境领域的热点。 生物质制取氢气既可以生产氢能源,同时可以稳定有机废弃物。厌氧发酵制氢研究较为成熟,而光合生物制氢研究虽早,但进展缓慢。光合生物制氢可以将太阳能利用、降解有机物和生产氢气结合起来,发挥经济、环境和社会等综合效益,因此最具开发潜力。 可用于光合产氢的细菌主要集中在红假单胞菌属、红螺菌属、红微菌属等,其中产氢效果最好的多是红假单胞菌属细菌。近年来,国内外学者较多地研究光合细菌纯菌利用小分子有机化合物产氢工艺,但是把光合细菌用于处理有机废水产氢研究较少,且产氢基质也多集中于含糖类和小分子有机酸较多的有机废水。近年来养殖废水排放对环境造成严重负担,并且废物得不到有效回收利用,研究适于处理粪便污水产氢的光合细菌及其产氢工艺具有很大的现实意义。 本文旨在富集并筛选利用猪粪污水的高效光合产氢菌群,即红螺菌科细菌群,并对其产氢过程中产氢量与有机物的降解利用关系做初步研究。实验内容和结论如下: (1)采用Winogradsky方法分别从猪粪、牛场、鱼塘污泥和活性污泥中富集到光合菌群PSB1、PSB2、PSB3、PSB4,生长实验表明,四种光合菌群均可以不同程度地利用乙酸、乳酸、苹果酸和葡萄糖生长繁殖。其中,总体上看,对苹果酸利用最好,葡萄糖次之,生长最旺盛的是PSB3,PSB1次之。四种光合菌群中除PSB1外,都不能直接利用猪粪污水生长。 (2)在自制的产氢装置中进行PSB1、PSB2、PSB3、PSB4的产氢性能测试。结果表明,四种光合菌群可以不同程度地利用乙酸、乳酸、苹果酸和葡萄糖产氢,其中产氢效果和上述的生长效果一一对应。产氢和生长以氨态氮的是否耗尽为依据分开进行。最终,由于氮源耗尽,菌体密度减小,产氢终止。 (3)对猪粪污水做微量曝气预处理。处理前后,参数发生变化,即总挥发酸CODT增加77.9%,NH4+-N增加13.0%,pH呈中性,四种光合菌群均可以在其中生长。其中,PSB3生长最为旺盛,PSB1次之,其余生长量较少。 (4)在预处理后的猪粪污水加入0.1%的葡萄糖做产氢实验。结果表明,加入葡萄糖后产氢启动较快,但小分子有机物转化率仍然很低。 (5)经比较可得,适于处理猪粪污水的光合产氢菌群是PSB3,来自于鱼塘污泥。产氢过程中,产氢量与CODT含量呈负相关关系。
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