生物发酵制氢菌种富集优化与产氢的关联研究

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1、河南化工2010年8月第27卷第8期(下)HENANCHEMICALINDUSTRY生物发酵制氢菌种富集优化与产氢的关联研究计新静，李涛，孙学习，江振西，任保增(1．郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001；2．中州大学化工食品学院，河南郑州450044)【摘要】本实验在不同溶液介质中用加热、曝气及二者联合并用的方法处理牛粪，富集厌氧发酵产氢茵。以4．4g蔗糖为底物，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累积产氢量。结果表明在0．25％NaOH溶液中加热处理牛粪的效果最好，再与曝气联合富集优化，能进一步提高产氢量，累积产氢量为1345．5mL

2、，是直接曝气富集菌源产氢量的2．0倍，直接在水溶液加热处理过的1．8倍。而且经过碱加热处理过的菌源，最佳曝气时间缩短至30min，为直接曝气时间的1／4，最佳发酵初始pH值为6．0—7．0。【关键词】生物制氢；厌氧发酵；牛粪；产氢茵【中图分类号】TQ116．29【文献标识码】A【文章编号】1003—3467(2010)16—0031—03能源是人类赖以生存和发展的基础，是人类文取自郑州西郊奶牛养殖基地的牛粪堆肥，蔗糖，明的进步与经济的发展的制约条件。目前，石油、煤营养液。炭和天然气等化石能源是人类主要利用的能源，但营养液组成(g／L)：NH4HCO32．0g；KH2PO它们

3、都是非可再生的，而且逐渐枯竭，能利用的时间1．0g；MgS04。7H20100mg；Na2MoO4‘2H2010越来越短⋯。寻求清洁的、可再生的能源是人类面mg；NaC110mg；CaC12·2H2O10mg；MnSO4·7H2O临的一项紧迫任务j。氢能，因其有储运性好、能15mg；FeC1，2．78mg。NaOH，浓盐酸。量值高、清洁及应用范围广等优点，被认为是最具有1．2实验设备及仪器吸引力的替代能源。在诸多的制氢方法中，厌250mL发酵瓶，THZ一82B气浴恒温振荡器，氧发酵制氢由于能解决有机废物污染和能源短缺两6071型微电脑pH计，排水集气装置，FA2104N电个

4、难题j，因而备受关注，并且取得了突破性进子分析天秤，GC9900气相色谱仪。展。厌氧发酵制氢中，菌源的选择非常重要。1．3实验方法纯菌种价格昂贵，且在不断制氢过程中易发生变种，牛粪通过曝气，在不同溶液介质中加热煮沸预甚至被污染，制氢能力会逐渐下降。相比之下，混合处理j。取不同方法预处理过的牛粪上清液菌种发酵制氢更具发展前景。牛粪堆肥易得，通过200mL加入到250mL发酵瓶中，加入20mL营养适当的处理后，可作为天然混合产氢菌源直接用于液，各加4．4g蔗糖；然后通氮气除氧，密封后放入厌氧发酵制氢。但不同的预处理方法对产氢效果有到气浴振荡箱中，37℃±1℃和120r／min条

5、件下重要影响，所以，寻求一种较佳从牛粪中富集产氢菌进行培养，问隔一定时间用自制排水集气装置收集。的预处理方法非常必要。目前，菌源富集的方法主2结果与讨论要有酸、碱处理及加热处理等。本文在这些方法基础上进一步改进预处理方2．1茵源直接曝气处理法，并进行产氢实验，得到了较佳结果。取牛粪500g，加入10L水，搅拌均匀后，用空气压缩机通入空气进行强制曝气，然后加入营养液1实验材料和方法和蔗糖，摇床培养，考察曝气时间对蔗糖产氢效果的1．1实验原料影响，结果如下页图1所示。收稿日期：2010—07—21基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(2005CB214500，2

6、006CB708407)作者简介：计新静(1985一)，男，在读硕士研究生；联系人：任保增，电话：(0371)67781223。河南化工·32·HENANCHEMICALINDUSTRY2010年8月第27卷第8期(下)但随着加热时间的继续延长，产氢量出现了下降的趋势。菌源经过后期分离培养及电镜扫描¨⋯，发现置其与梭菌属细菌相似。而梭菌属细菌能在较恶劣的＼环境条件下存活，经过酸、碱及NaNO加热处理，能杀死菌源中的非产氢细菌及产甲烷菌，产氢过程中商{5有利于梭菌属细菌自身繁殖，从而提高产氢量。由此可知，采用碱液对菌源进行处理，能够得到较好产氢效果，加热最佳时间为l4～18m

7、in，最大比产氢率可达245．8mlMg。2．3茵源加热和强制曝气联合处理图1菌源曝气时间对累积产氢量的影响由上述知道，菌源加热的最佳条件是在0．25％由图1可以看出，经过曝气处理后的菌源，对蔗的NaOH溶液中加热煮沸l4～18min。把上述条件糖模拟废水表现出很好的产氢能力。随着曝气时间处理过的菌源，再进行强制曝气处理，考察二者联合的增加，菌源的累积产氢量逐渐增大，从20min时处理后对产氢量的影响，结果如图3所示。的366．5mL上升到120rain时的648．0mL，产氢量提高了76．83％；但随着继续延长时