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有机废水制取氢气及COD的去除

生态环境 2008年第4期17卷 1390-1393页

作者：屈冉李俊生孙振钧刘雪连郑小雨中国环境科学研究院中国农业大学资源与环境学院北京100094 北京师范大学水科学研究院北京100875 中国农业大学资源与环境学院

针对当前能源紧缺以及有机废水治理和回收再利用的需求,采用驯化的河底污泥发酵模拟有机废水,研究了不同有机废水制取氢气和去除有机物的效果。结果表明:在相同条件下,糖源质量浓度均为1.67g·L-1、废水体积为300mL、pH=5.5、θ=40℃时... 详细信息

针对当前能源紧缺以及有机废水治理和回收再利用的需求,采用驯化的河底污泥发酵模拟有机废水,研究了不同有机废水制取氢气和去除有机物的效果。结果表明:在相同条件下,糖源质量浓度均为1.67g·L-1、废水体积为300mL、pH=5.5、θ=40℃时,糖源为葡萄糖、蔗糖和淀粉的三种有机废水总产氢气量分别是309.36mL,318.18mL,8.20mL,含蔗糖的废水总产氢气量最高。含蔗糖和葡萄糖的废水COD去除率分别是78.00%和76.92%,而含淀粉的废水COD去除率仅为55%。此外,废水产氢规律与从污泥里筛选出的产氢菌生长曲线有密切的关系。厌氧发酵产氢是一个复杂的过程,它受底物种类、底物浓度、pH值和温度等因素的影响。用驯化的污泥来发酵含糖浓度较高的有机废水,不仅可以收集到大量的生物质能氢气,而且一定程度上缓解了有机废水污染环境的问题。

关键词：有机废水生物产氢产氢菌 COD

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矿井水中产氢细菌的分离、形态观察及培养

河南理工大学学报（自然科学版） 2014年第6期33卷 836-839页

作者：夏大平于芸芸胥帅帅河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

为了研究矿井水中产氢菌的性质,以义马矿矿井水为实验原料,并在常温下保存备用,采用斜面培养技术和细菌分离技术研究该矿井水中产氢菌的生理特征、分子生态学特征,然后对该产氢菌进行了不同稀释度的富集培养,研究了该产氢菌的性质及生... 详细信息

为了研究矿井水中产氢菌的性质,以义马矿矿井水为实验原料,并在常温下保存备用,采用斜面培养技术和细菌分离技术研究该矿井水中产氢菌的生理特征、分子生态学特征,然后对该产氢菌进行了不同稀释度的富集培养,研究了该产氢菌的性质及生长特点.结果表明,分离出来的产氢菌在显微镜下观察呈现棒状,球状,并发出荧光;通过稀释度法对细菌进行分离培养,得出了这种细菌的调整期,对数期,稳定期,衰亡期的时间段,由此判断出细菌的生长周期;富集培养前后细菌数目明显增加,表明了利用此培养基培养产氢菌并使其生长繁殖的可行性.产氢菌的发现,对于目前促进绿色清洁能源的开发具有重要的意义.

关键词：矿井水产氢菌分离培养

哈尔滨产乙醇杆菌模式菌株YUAN-3Sau3AⅠ与PstⅠ酶切基因组文库的构建

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哈尔滨产乙醇杆菌模式菌株YUAN-3Sau3AⅠ与PstⅠ酶切基因组文库的...

作者：王静怡哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3 (Ethanoligens harbinense)是本实验室从生物制氢反应器中分离得到的一株具有自凝集能力的高效产氢菌种,它的发酵过程不同于传统的丁酸型发酵体系,因而其产氢过程中很多机理亟需探讨。本课题的研究目的就是构建... 详细信息

哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3 (Ethanoligens harbinense)是本实验室从生物制氢反应器中分离得到的一株具有自凝集能力的高效产氢菌种,它的发酵过程不同于传统的丁酸型发酵体系,因而其产氢过程中很多机理亟需探讨。本课题的研究目的就是构建哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3菌株的Sau3A I和Pst I两个酶切基因组文库,应用两种酶切的基因组文库,构建基因筛选的平台,用于分离YUAN-3菌株的全长基因,以寻找各种目的基因,并为后期展开功能基因的研究打下良好的基础。分别采用四碱基识别位点的限制酶Sau 3A I和六碱基识别位点的限制酶Pst I作为工具酶,最大可能地含盖菌株基因组所有完整的目的基因片段,以pUC19质粒作为载体,经完全酶切和碱性磷酸酶处理后,分别与部分酶切的YUAN-3菌株基因组DNA 1000bp-3000bp的DNA片段连接,转化进入大肠杆菌DH5α感受态细胞,在含有Amp的LB平板上筛选重组子,随机挑取阳性克隆子,经DNA测序,在网络数据库中进行BLAST分析,得到一系列相似基因、蛋白的比对结果。这些结果为YUAN-3菌株的研究,提供了一条从分子水平上探讨的技术路线。文库的构建过程中,详细讨论了基因组部分酶切、载体完全酶切、去磷酸化等各项实验条件。菌株高浓度基因组样品的制备、重组体构建过程中DNA片段的最佳连接比例及宿主菌株对重组体所具有的高感受能力为基因组文库的完整性构建奠定了坚实的基础。文库构建完成后,分别从文库的代表性、重组DNA片段的序列完整性和多样性、文库的重组率三方面对其进行评价。两种酶切文库中的克隆子数目,符合***和***所提出的计算一个完整基因组文库所应该包含有实际克隆数的理论数值要求;双文库重组体中都含有长度不等的外源基因片段,其平均插入片段长度分别为1500bp和2500bp,具备完整基因组文库应包含核酸序列片段多样性和完整性的要求;其重组率分别为99%和98%,符合文库构建要求。

关键词：产氢菌 Sau3A I酶切基因组文库 Pst I酶切基因组文库文库评价

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厌氧发酵生物制氢技术的研究

厌氧发酵生物制氢技术的研究

作者：李晨林郑州大学

学位级别：硕士

本研究使用牲畜粪便堆肥和活性污泥作为天然厌氧微生物来源，经简单处理后，将含碳水化合物的模拟废水转化为清洁能源—氢气，实现了产能和降废的双重目的。使用修正的Gompertz方程式作为产氢过程的数学模型，利用正交实验设计描述环... 详细信息

本研究使用牲畜粪便堆肥和活性污泥作为天然厌氧微生物来源，经简单处理后，将含碳水化合物的模拟废水转化为清洁能源—氢气，实现了产能和降废的双重目的。使用修正的Gompertz方程式作为产氢过程的数学模型，利用正交实验设计描述环境因素：反应时间、底物浓度、pH值等对厌氧发酵产氢过程的影响。对于蔗糖模拟废水，实现持续产氢的适宜环境条件为：初始pH值范围为5.4±0.2，底物浓度范围为4.0±0.5g／L。每克蔗糖累积产氢量最高可达146mL，气相中氢气浓度最高可达61％，整个反应过程中没有甲烷生成。对于淀粉模拟废水，实现持续产氢的适宜环境条件为：初始pH值范围为7.0～8.0(对应于反应体系pH=4.5～5.5)，底物浓度范围为4～5g／L。在底物浓度为5g／L，初始pH值为7.5和底物浓度为4g／L，初始pH值为7.0时，分别获得了较好的产氢潜势(166mL／g淀粉，161.4mL／g淀粉)和较高的产氢速率(9.0mL／h，8.5mL／h)。对于麦芽糖模拟废水，实现持续产氢的适宜环境条件为：麦芽糖浓度为10g／L，pH值在4.5～5.5之间，可达到较好的产氢效果。当pH值在5.0时，产氢潜势P达到最大值180mL／g麦芽糖，产氢速率R达到4.0mL／h。对代谢途径的分析实验表明，梭状芽孢杆菌属群(clostridium)在厌氧发酵生物制氢过程中扮演着重要角色，该菌种可从农业堆肥和工业污泥中获得。在上述生物制氢的条件下，含蔗糖和淀粉的模拟废水可同步得到净化处理，模拟废水中COD去除率达40％～60％，最高可达71.4％。在批式培养反应器中实现生物制氢的基础上，进行约100倍规模的放大实验，设计了30升容积的UASB反应器。以郑州污水处理厂活性污泥为菌种来源，以马铃薯淀粉为底物，浓度10g／L，污泥浓度为10gVSS／L，采用中温厌氧反应条件，已实现持续产氢85天。生物氢气浓度可维持在40～51.00％，经碱液吸收后，最高可达97％。放大实验取得了初步的实验结果。

关键词：生物制氢技术产氢菌厌氧发酵模拟废水产氢量产氢能力污泥浓度菌种来源产氢速率活性污泥

生物质发酵制氢细菌的富集优化研究及产氢过程分析

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生物质发酵制氢细菌的富集优化研究及产氢过程分析

作者：计新静郑州大学

学位级别：硕士

当前,能源与环境问题日益收到人们的重视。诸多新能源中氢能以其独特的优点得到越来越多人的认可,认为其能有效缓解当前的能源与环境问题。厌氧发酵生物制氢是利用微生物自身的代谢作用把生物质能源转化为氢能,其过程属于绿色过程,又可... 详细信息

当前,能源与环境问题日益收到人们的重视。诸多新能源中氢能以其独特的优点得到越来越多人的认可,认为其能有效缓解当前的能源与环境问题。厌氧发酵生物制氢是利用微生物自身的代谢作用把生物质能源转化为氢能,其过程属于绿色过程,又可以实现生物质能源有效利用和减少废弃生物质的焚烧所造成的环境污染问题,符合可持续发展的需要。所以,从长远来看,厌氧发酵生物制氢技术具有广阔的应用前景。本文在前期研究成果的基础上,对生物制氢中产氢菌源的富集作了详细研究,进行了优化,并对微生物的生理生态学也进行了研究,最后以玉米秸秆为底物进行了初步的制氢实验。首先,本实验采用在不同溶液介质中加热、曝气及联合的方法预处理牛粪堆肥,富集厌氧发酵产氢细菌。以蔗糖模拟废水为底物,用不同方法富集的产氢菌进行厌氧发酵制氢,考察不同方法处理过的菌源的产氢效果,并通过正交实验优化了预处理方法,最后用单因素实验得到了最佳菌源浓度。结果表明菌源最佳用量为50g/L,在浓度为0.25%的NaOH中煮沸15 mmin,然后强制曝气15min及反应时调发酵初始pH=6,可以得到较好的产氢效果。经过处理过的牛粪菌源,以蔗糖模拟废水为底物进行发酵产氢实验。通过单因素实验得到蔗糖的最佳浓度为20g/L,当以4.4g蔗糖为反应物时,累积产氢量达725mL,比产氢率达164.8mL/g。当以玉米秸秆为底物进行发酵实验时,最佳底物浓度也为20g/L,以4.4g玉米秸秆为反应物时,累积产气量可达最大值493.4mL,比产气率达112.1mL/g。而且比产气率会随着底物浓度的变化而变化本实验得到的最大比产气率分别为450.9mL/g和186.7mL/g。通过研究发酵过程中的微生物生理生态学,验证了从牛粪堆肥中富集的产氢细菌属梭状芽孢杆菌属。以蔗糖模拟废水为底物发酵时,通过对发酵代谢产物的分析,得到气相中氢气的最大浓度达60.4%,液相产物中主要有机物为丁酸,说明此发酵过程为丁酸型发酵,与梭状芽孢杆菌属细菌的代谢过程一致,而且此过程中蔗糖的利用率达75%。

关键词：牛粪产氢菌生物制氢预处理厌氧发酵

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暗-光联合生物制氢研究及其过程调控

暗-光联合生物制氢研究及其过程调控

作者：韦惠玲北京化工大学

学位级别：硕士

为了替代化石燃料和减少大气污染,开发可再生清洁能源已势在必行。生物氢是最有潜力实现碳中和的能源载体,并且可以提供可持续的能源供应。与其他生物制氢体系相比,暗-光联合生物制氢能够实现底物的高效转化,是提高产氢效率、扩大制氢... 详细信息

为了替代化石燃料和减少大气污染,开发可再生清洁能源已势在必行。生物氢是最有潜力实现碳中和的能源载体,并且可以提供可持续的能源供应。与其他生物制氢体系相比,暗-光联合生物制氢能够实现底物的高效转化,是提高产氢效率、扩大制氢技术规模的一个有利且实际的选择,但目前由于光发酵细菌和暗发酵细菌在生长代谢上的巨大差异,该系统非常难操作。为构建合理的暗-光联合生物制氢体系,本课题从筛选和分离高效暗发酵产氢菌种、探究光合细菌的生长特性、优化暗-光联合发酵制氢工艺和探究p H响应转录因子ThpacC的调控功能等方面开展研究,以达到高转化效率生产氢气的目的。(1)为丰富产氢微生物种质资源,从厌氧活性污泥中分离获得一株高效产氢的暗发酵细菌,经分子生物学鉴定及系统进化发育分析,将其鉴定为Clostridium butyricum的新菌株W-CB1。在葡萄糖浓度为10 g/L,35℃水浴,磁力搅拌下,菌株W-CB1的氢气得率能达到1.79 mol-H/mol-葡萄糖,平均氢气含量约50%,代谢类型为丁酸型发酵。(2)为创造适宜暗/光发酵细菌协同工作的外部环境,对光合细菌的生长特性进行探究,乙酸、丙酸、乳酸和丁酸以及葡萄糖可以被光发酵细菌Rhodopseudomonas palustris用以生长,但不支持***产氢,而大分子有机物淀粉则无法被***利用;光发酵细菌***生长的最优条件为:温度为35℃,发酵初始p H值为7.0,光照强度为5.00m W/cm,丁酸钠和乙酸钠比例为1:2。(3)针对暗-光联合生物制氢体系生长代谢不同步的问题,研究了暗/光发酵细菌比例、L-半胱氨酸浓度、Fe浓度和Ni浓度对联合制氢的影响。暗-光联合发酵对产氢有协同作用,H得率在***与***的比例为1:3时最高;在L-半胱氨酸的浓度为4 g/L时,暗-光联合制氢体系累积产氢量和氢气浓度最高,氢气得率提高至2.20 mol-H/mol-葡萄糖;适当的Fe浓度会增加联合发酵体系的产氢量,当Fe浓度为50 mg/L时,累积产氢量比对照组高29.11%;Ni对暗-光联合发酵产氢性能无显著促进作用。(4)为了解微生物p H相关信号通路和主要调控基因,以指导抗逆元件的设计,为产氢菌在酸胁迫下提供更好的适应性,通过在不同初始p H的条件和盐胁迫下培养菌株Trichoderma harzianum 3.9236中p H响应途径中关键调控因子ThpacC的敲除(KO-ThpacC)和过表达突变株(OE-ThpacC),探究ThpacC的调控功能。结合菌株生长形态、环境p H和代谢产物的变化分析,发现ThpacC可通过影响代谢产物的浓度来调节环境p H,且在酸性环境下还存在其他的p H响应通路。此外,ThpacC在调控***应对盐胁迫中也发挥了一定的作用,ThpacC的缺失可能会影响菌株对高渗透势的平衡,造成对盐胁迫敏感性的增加。综上所述,本文从筛选高效暗发酵产氢细菌入手,基于光发酵细菌生长代谢特性,构建了暗-光联合发酵产氢体系,对其工艺进行了探究优化,并初步探究了p H响应调控因子ThpacC的调控功能。本文可为暗-光联合制氢体系的构建和优化提供技术和理论支撑,为抗逆元件的设计和构建提供参考,对于加快生物制氢技术的产业化步伐具有重要的意义。

关键词：产氢菌暗-光联合生物制氢过程调控调控功能

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沼气系统生物强化及相关研究

沼气系统生物强化及相关研究

作者：程林安徽农业大学

学位级别：硕士

虽然沼气发酵在工农业生产当中得到了广泛地应用,但是在实际发酵过程中经常存在启动慢,产气效率低等问题,因此对这些沼气系统进行生物强化有着广泛的应用价值。本研究从沼气发酵的机理分析出发,进行了与沼气发酵系统生物强化相关的研究... 详细信息

虽然沼气发酵在工农业生产当中得到了广泛地应用,但是在实际发酵过程中经常存在启动慢,产气效率低等问题,因此对这些沼气系统进行生物强化有着广泛的应用价值。本研究从沼气发酵的机理分析出发,进行了与沼气发酵系统生物强化相关的研究。1.投加产氢菌:产氢菌能够增加沼气发酵体系的产氢速率,能够促进氢营养型甲烷菌的生长和代谢,从而强化沼气发酵过程。本研究中使用产氢产酸菌Clostridium sp.3-9进行沼气发酵系统的强化,结果表明产氢产酸菌Clostridium sp.3-9能够明显缩短沼气发酵的启动时间,产甲烷的时间提前了至少3天,同时加速了体系中有机酸(乙酸和丙酸)的形成与积累。通过对16SrDNA PCR-DGGE指纹图谱的主要条带进行测序,结果表明Bacteroides、Rikenella、Clostridiaceae、Desulfobulbaceae、Acholeplasma和Proteiniphilum是系统中细菌群落的主要种群。2.投加白蚁匀浆:白蚁是自然界生态系统中最重要的木质纤维素降解者之一,白蚁自身以及与其共生的肠道微生物群落中含有丰富的与木质纤维素降解与转化相关的微生物及酶系,通过白蚁匀浆可以将这些丰富的微生物和酶系应用于沼液系统强化之中。实验对台湾乳白蚁工蚁和兵蚁的头部、躯干和肠道的内切葡聚糖酶活、葡萄糖苷酶活、木聚糖酶活和滤纸酶活进行了比较,结果发现兵蚁和工蚁的各种纤维素酶活都集中在躯干和肠道部位并且工蚁高于兵蚁。兵蚁匀浆对于沼气发酵有着显著的生物强化作用,总气体和总产甲烷量分别提高了91.7%和79.2%。3.分离好氧纤维素降解菌:好氧纤维素降解菌能够促进沼气系统启动阶段厌氧条件的建立以及木质纤维素的降解,因此对于加速沼气系统产气具有重要的作用。通过沼液的静置富集培养,使用选择性培养基进行分离,分离到了一株好氧纤维素降解菌Streptomyces sp.c3001,可以作为促进沼气发酵启动的候选菌株。对其16S rRNA基因进行测序,结果表明这株菌属于链霉菌属。最后通过克隆该株菌的ERIC-PCR指纹图谱条带,找到了一段该菌株特异性序列,能够为该菌在沼气强化中的应用提供适合的分子标记。4.建立了对沼液元基因文库中内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、葡萄糖苷酶活、木聚糖酶阳性克隆进行高通量筛选的方法。这些纤维素酶阳性克隆将来能够为于沼液体系的生物强化强化提供适合的酶制剂。本研究找到两种对沼液系统进行生物强化的切实有效的方法,并为发展其它方法做好了准备。

关键词：沼气生物强化产氢菌纤维素降解菌元基因组

产氢细菌Ethanoligenens harbinense R3的发酵产氢基质与效能的研究

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产氢细菌Ethanoligenens harbinense R3的发酵产氢基质与效能的研...

作者：韩博东北林业大学

学位级别：硕士

现在人类所使用的主要能源还依赖于化石燃料,但是由于社会经济的发展的不断加快和人类对能源需要的日益加大,以及有限的化石燃料的减少,使得21世纪面临着巨大的能源挑战。氢气作为清洁、可再生能源,已逐渐为人们所接受,其燃烧时不会产... 详细信息

现在人类所使用的主要能源还依赖于化石燃料,但是由于社会经济的发展的不断加快和人类对能源需要的日益加大,以及有限的化石燃料的减少,使得21世纪面临着巨大的能源挑战。氢气作为清洁、可再生能源,已逐渐为人们所接受,其燃烧时不会产生对环境和人体有害的气体,不会造成温室效应和其他大气污染,是最具发展潜力的一种新能源。现在氢气作为一种高效、清洁、安全、可持续性的新能源正一步步的取代化石燃料,成为未来能源供应的主体部分,是能源界关注的热点问题。发酵法生物制氢摆脱了传统化学法的成本高,能源消耗大的问题,并且利用对细菌的诱导,培养基的改变,不同pH、温度、基质浓度、发酵时间的调整可以大大提高氢气的产生量,是用于制造氢气的低成本、高产量的最佳手段。 Ethanoligenens harbinense R3为革兰氏阳性。不形成芽孢;严格厌氧杆菌;形成的菌落呈现白色或乳白色,20～30d可以长成至直径为1.0～2.5mm,菌落边缘整齐,圆形,光滑,不透明。液体培养基扩繁培养自凝能力较强。本文研究了Ethanoligenens Harbinese R3运用不同基质进行厌氧生物制氢的效能。采用间歇培养实验,研究发现,当温度达到30℃时,产氢细菌R3的产氢代谢的酶系的活性最高,细菌产氢量达到最大,为1862ml/L,且此时平均产氢速率和比产氢率达到较高的数值,分别为1.11mol H/mol葡萄糖和6.91mmol H/g CDW.h,采用葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖等单糖类作为产氢基质。产氢效果最好的是半乳糖。讨论了不同盐酸浓度条件下和不同加热时间条件下,淀粉的水解程度。菌株R3利用水解后淀粉进行产氢实验,还原糖含量最高时,得到最大产氢量为235ml。同时,对反应后发酵液的终pH值进行了测定,范围在3.5～4.5之间。此外,进行了在不同温度条件下,28℃和35℃的R3利用淀粉进行产氢的实验,结果表明,温度为35℃时产氢效果要比28℃产氢效果好,能获得较高的产氢量。采用不同预处理方法,探讨R3利用麦草秸秆的产氢效果以及液相术端产物挥发酸的浓度。以碱预处理后的产氢效果相对于酸处理的产氢效果较好,可能是由于部分木质素被溶出。分析加入不同浓度亚铁离子对产氢的影响,FeSO·7HO浓度为60mg/L较10mg/L,菌株R3累积氢气产量增加了9.2%。

关键词：生物制氢产氢基质产氢菌制氢方法影响因素

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水稻秸秆和猪粪两相厌氧共消化产氢烷性能

水稻秸秆和猪粪两相厌氧共消化产氢烷性能

作者：吴军长沙理工大学

学位级别：硕士

不可再生的化石类燃料的使用会造成诸如酸雨、臭氧层破坏等环境问题,因此寻找可持续且环境友好的新能源势在必行。畜禽粪便和农作物秸秆是两种主要农业固体废弃物,其年产量分别高达38亿吨和9亿吨,这其中又以水稻秸秆和猪粪年产量较大。... 详细信息

不可再生的化石类燃料的使用会造成诸如酸雨、臭氧层破坏等环境问题,因此寻找可持续且环境友好的新能源势在必行。畜禽粪便和农作物秸秆是两种主要农业固体废弃物,其年产量分别高达38亿吨和9亿吨,这其中又以水稻秸秆和猪粪年产量较大。由于这两种废弃物都含有大量有机物,可以被用作厌氧消化的底物来产生沼气。氢烷(5-25%体积的氢气与75-95%甲烷的混合气体)兼有氢气和甲烷的优点,且使用氢烷不会释放氮、硫等物质的氧化物,因此氢烷被认为是化石燃料的良好替代品。两相厌氧消化可以将单相厌氧消化的产氢过程和产甲烷过程分开,实现氢气和甲烷的同时回收。本论文首先进行水稻秸秆和新鲜猪粪共发酵产氢批量试验,以确定水稻秸秆和新鲜猪粪共发酵产氢的最佳混合比、产氢接种物最佳预处理方法以及产氢时间等;接着在批量试验的基础上,进行不同工艺下水稻秸秆和新鲜猪粪两相厌氧共消化产氢烷连续实验,以确定其最佳工艺流程;最后进行不同水稻秸秆和猪粪混合底物的两相厌氧产氢烷连续实验,以确定其连续产氢烷最佳底物组成。通过观察其产氢烷性能、能量产率、COD物料平衡、功能微生物等多方面综合判断水稻秸秆和猪粪两相厌氧消化产氢烷的最佳参数。主要研究内容及成果如下:(1)水稻秸秆和新鲜猪粪共发酵批量产氢试验。将水稻秸秆和新鲜猪粪分别按照1:0、5:1、3:1、1:1和0:1(TS)的混合比配制成TS=3%的发酵底物,然后分别接种不同预处理(酸、碱和热)和未预处理的接种物,在55℃条件下进行厌氧发酵产氢批量试验。结果表明:酸预处理为接种物最佳预处理方式、水稻秸秆和猪粪厌氧发酵产氢时间不超过3.5d以及初步确定了水稻秸秆和新鲜猪粪的最佳混合比例为5:1。在最佳条件下(水稻秸秆:新鲜猪粪=5:1、接种物酸预处理),氢气产率为44.59 mL/g VS added,TCOD去除率和转化率分别为18.12%和2.12%,同时该条件下不会造成氨氮抑制(产氢烷连续实验。在批量试验确定的前相工艺参数(接种物酸预处理、水稻秸秆:新鲜猪粪=5:1以及HRT=3.0 d)的基础上,同时进行四种工艺流程下(中温-高温、消化液回流中温-高温、高温-中温和消化液回流高温-中温)水稻秸秆和新鲜猪粪两相厌氧共消化产氢烷实验,以确定其最佳工艺流程。实验表明:高温-中温两相厌氧消化系统具有较好的产氢烷性能,其总氢气产生速率为13.63±1.50 mL/L/d,总甲烷产生速率为161.55±8.47 mL/L/d,氢气与甲烷的比值高达8.45±1.01%,同时其能量产率也最高(7.26±0.44 kJ/g VS added);通过高通量测序分析发现,其前相中含量高效产氢菌嗜热厌氧杆菌(32.24%)和梭状芽胞杆菌(27.47%),其后相中以甲烷鬃毛菌(36.00%)和甲烷杆菌(46.00%)为主;(3)不同水稻秸秆和猪粪混合底物的连续产氢烷实验。在批量试验确定的水稻秸秆和新鲜猪粪的最佳混合比(5:1)和连续实验确定的产氢烷最佳工艺流程下(高温-中温),进一步改变猪粪种类以及底物浓度等,以确定其产氢烷最佳底物组成。实验结果表明:最佳底物组成为水稻秸秆:新鲜猪粪=5:1,、底物浓度TS=6%,其总氢气产生速率高达115.50±4.41 mL/L/d,总甲烷产生速率高达369.60±25.46 mL/L/d,氢气与甲烷的比值为31.40±2.61%,能量产率为9.30±0.34 kJ/g VS added,通过高通量测序分析发现,其前相中含量高效产氢菌梭状芽胞杆菌(18.00%),其后相中以甲烷鬃毛菌(50.00%)为主。本研究确定了水稻秸秆和猪粪两相厌氧共消化产氢烷的最佳工艺参数,实现了水稻秸秆和猪粪的资源化、减量化和无害化,为农作物秸秆和畜禽粪便的处置提供了新思路,为环境友好、可持续能源的开发奠定了理论和实践基础。

关键词：水稻秸秆猪粪两相厌氧共消化产氢烷能量产率产氢菌产甲烷菌