一、中国发酵法生物制氢技术研究进展(论文文献综述)
桑静[1](2020)在《氧化还原介体强化有机废水发酵生物制氢研究》文中研究指明随着工业化、城市化的飞速发展,工业废水和生活污水的排放量日益增多,其中食品行业排放的废水中含有大量的糖类、氨基酸、蛋白质和维生素,这就为生物制氢提供了大量廉价的有机基质,特别是高浓度的有机废水,好氧及兼性厌氧微生物极易消耗其中的溶解氧从而形成厌氧环境,有利于微生物厌氧发酵产氢。本研究利用氧化还原介体(ROMs)具有的生物催化功能和电子传递功能强化有机废水发酵生物制氢,并考察了产甲烷抑制剂、底物浓度和初始pH对ROMs介导有机废水发酵生物产氢的影响。本论文首先选择了腐殖酸、蒽醌-2,6-二磺酸钠(AQDS)、氧化石墨烯(GO)、指甲花醌、蒽醌-2-磺酸钠(AQS)作为ROMs,以有机废水作为底物,在35℃条件下考察了不同ROMs对有机废水厌氧发酵产氢效能的影响。结果表明,AQS和腐殖酸能强化有机废水厌氧发酵的产氢效能,且腐殖酸的强化效果最佳,其累积氢气产量比对照高出59.3%,而其余3种ROMs抑制了厌氧发酵产氢效能。微生物群落结构分析表明,在腐殖酸作为ROMs的发酵系统中,Thermomarinilinea、Longilinea和Ottowia为优势菌群。进一步研究表明,当腐殖酸的浓度为80 mg/L时,对促进有机废水厌氧发酵产氢效果最佳。当厌氧发酵系统中不含ROMs时,0.02%氯仿、0.04%氯仿、BES和替硝唑作为产甲烷抑制剂均可以有效抑制产甲烷菌的活性,除了替硝唑,均使得累积氢气产量高于对照组(不含产甲烷抑制剂),分别为6.3 mL、6.9 mL和3.8 mL。当厌氧发酵系统中以AQS作为ROMs时,0.02%氯仿和0.04%氯仿可显着提高有机废水的产氢能力其累积产氢量比对照高出41.3%和8.7%。而当BES和替硝唑作为产甲烷抑制剂之后,有机废水的产氢活性受到抑制。当厌氧发酵系统中以腐殖酸作为ROMs时,0.02%氯仿、0.04%氯仿和BES可以促进氢气的产生,其累积产氢量分别为7.0 mL、5.8 mL和4.5 mL,比对照提高了2.03.2倍。微生物群落结构分析表明,0.02%氯仿+腐殖酸发酵系统中的优势菌属为Ottowia、Ignavibacterium、Terrimonas和Saccharibacteriageneraincertaesedis,而在0.04%氯仿条件下的优势属为Ottowia、Terrimona、Ilumatobacter和Saccharibacteriageneraincertaesedis。不同底物浓度和初始pH对有机废水发酵生物制氢的影响试验表明,当COD为200010000 mg/L时,腐殖酸介导的有机废水厌氧发酵产氢的累积产氢量随着COD浓度的增加而逐渐增加。在初始pH 4.0pH 7.0条件下,腐殖酸介导的有机废水厌氧发酵产氢的效能随着pH的增加而不断提高。微生物群落结构分析表明,优势菌属随pH升高发生了明显的演替,从Thermomarinilinea、Nitrospira、Ottowia和Clostridium sensu stricto(pH 4.0和4.5)演替为Thermomarinilinea、Nitrospira和Thauera(pH5.0),Thermomarinilinea、Ottowia和Thauera(pH 5.5),Thermomarinilinea和Ottowia(pH 6.0、6.5和7.0)。
李华华[2](2019)在《哈尔滨产乙醇杆菌代谢调控分子机制研究》文中提出有机废水发酵法生物制氢技术具有能源回收与环保的双重优势,因此具有广阔的应用前景。产氢产乙醇发酵是产氢细菌中已知的主要产氢代谢途径之一,哈尔滨产乙醇杆菌(Ethanoligenens harbinense)是产氢产乙醇发酵的代表性产氢菌,也是乙醇型发酵产氢反应器的优势功能菌,然而目前该种属代谢的分子调控机制研究还未有效开展。本论文以E.harbinense的模式菌株YUAN-3为研究材料,采用定量蛋白质组学与乙酰化修饰蛋白组学研究策略,从分子水平上分析了菌株在不同生态因子作用下的蛋白质组变化,系统解析了菌株代谢调控和响应机制,为规模化乙醇型发酵制氢及其精准定向调控提供技术与理论支撑。乙酸是E.harbinense的两种液相代谢产物之一,也是抑制产氢发酵过程的主要因素之一,为了揭示乙酸抑制菌株YUAN-3发酵进程的机制,首先,本研究根据含不同浓度乙酸的PYG培养基的p H变化趋势,选择了10、20与30 m M的乙酸添加浓度,考察了菌株YUAN-3在不同浓度乙酸作用下的发酵产氢特性。结果显示,乙酸浓度的增加虽然没有显着影响各种代谢产物的产量,但是却降低了菌株的产气速率,延长了发酵时间。其次,建立与优化了蛋白质组分析样品的制备方法。结果表明,匀浆破碎法与苯酚抽提法联用的方法更适用于E.harbinense的蛋白质组分析样品制备。最后,利用定量蛋白质组学技术,筛查到277个蛋白的表达量在乙酸作用下发生了显着变化。在10、20、30 m M乙酸处理的YUAN-3样品中分别鉴定到78、121、216个差异表达蛋白。生物信息学分析表明,乙酸胁迫对菌株YUAN-3中的碱性蛋白、低分子量蛋白以及定位于细胞质中的蛋白影响更大。乙酸抑制了菌株YUAN-3中生长相关蛋白、碳源及磷元素吸收相关蛋白的表达,这是造成YUAN-3产气速率降低,发酵时间延长的主要原因。二氢嘧啶酶、二氢嘧啶脱氢酶与β-丙氨酸合酶等参与β-丙氨酸和嘧啶代谢途径的蛋白,以及硫氧还蛋白与过氧化物酶等氧化应激蛋白在菌株YUAN-3应对乙酸导致的细胞酸化中发挥重要的生理功能。为了探明E.harbinense代谢产物谱的改变机制,首先,通过考察乙醇累积下菌株YUAN-3产氢特性的变化,明确乙醇累积是导致菌株YUAN-3发生代谢产物谱改变的原因。在50、100、200 m M的外加乙醇作用下,菌株YUAN-3自身所生成的乙醇产量分别增加了15.1%、30.1%与27.4%。随着乙醇浓度增加(0-200 m M),H2与乙酸产量大幅度减少。H2产量从1888.6±45.8 m L·L-1下降到837±64.7 m L·L-1,乙酸产量从1767.7±45 mg·L-1下降到160.6±44.7 mg·L-1,而CO2产量未发生显着变化。其次,利用定量蛋白质组学技术发现263个蛋白质的表达量在乙醇累积下发生了显着变化。50、100、200 m M乙醇处理的菌株YUAN-3样品中分别鉴定到48、153、147个差异表达蛋白。生物信息学分析发现乙醇累积对菌株YUAN-3中的酸性蛋白、高分子量蛋白以及定位于细胞质中的蛋白表达影响更大。双功能乙醛-Co A/乙醇脱氢酶(ADHE)在外加乙醇作用下表达量升高是导致菌株YUAN-3自身所生成的乙醇产量增加,H2与乙酸产量大幅度减少的主要原因。同时,乙醇累积显着影响了菌株YUAN-3中参与糖酵解的蛋白以及参与调控碳代谢与氮代谢的关键蛋白的表达,这也是造成菌株YUAN-3各个末端代谢产物的产量发生变化的原因。此外,脱硫铁氧还蛋白、谷胱甘肽过氧化物酶及组氨酸生物合成途径相关蛋白在菌株YUAN-3应对乙醇胁迫反应中发挥重要功能。对L-半胱氨酸提高菌株YUAN-3代谢活性的机制进行了解析,在发酵产氢特性方面,发现在0-2 m M范围内,培养基中L-半胱氨酸浓度的增加可以显着提高菌株YUAN-3的产氢速率、代谢产物产量以及生物量。同时,通过定量蛋白质组与乙酰化修饰蛋白组分析结果表明,L-半胱氨酸主要通过以下方式调控菌株YUAN-3的代谢活性:第一,培养基中L-半胱氨酸的浓度变化对菌株YUAN-3中L-半胱氨酸与L-甲硫氨酸代谢途径的蛋白表达产生了显着影响,推测在0-2 m M范围内增加L-半胱氨酸浓度可以减少菌株YUAN-3中L-同型半胱氨酸的积累,从而提高其代谢活性。第二,L-半胱氨酸通过影响参与能量代谢、细胞生长、细胞内酶活性调节等过程的蛋白乙酰化修饰来进一步调控菌株YUAN-3的代谢活性。第三,PYG培养基中添加L-半胱氨酸可以明显降低菌株YUAN-3的整体蛋白质乙酰化修饰水平,从而减少乙酰辅酶A的消耗,这也是L-半胱氨酸提高菌株代谢活性的原因。第四,菌株YUAN-3糖酵解及产氢产乙醇代谢途径中的蛋白受乙酰化修饰的密切调控。另外,该研究中鉴定到28%的E.harbinense基因组注释蛋白具有乙酰化修饰,证实了蛋白乙酰化修饰在E.harbinense中大量存在并具有重要的代谢调控作用。
张麓岩[3](2019)在《纤维素降解产氢菌种选育及木薯渣产氢工艺研究》文中研究指明将废弃物进行能源化处理既能解决因废弃造成的资源浪费和环境污染问题,也能为可再生清洁能源的开发提供新途径。木薯渣是木薯提取淀粉后的农产品加工废弃物,供应量充足且价格低廉。若利用木薯渣进行发酵产氢,使其变废为宝,具有较好的应用前景。然而,目前能够降解木质纤维素等复杂底物直接发酵产氢的菌种资源相对匮乏。此外,以木薯渣为基质开展的发酵产氢特性及连续流发酵产氢工艺建立等相关研究鲜有报道。针对木薯渣发酵产氢领域有待解决的关键问题,本研究围绕纤维素降解产氢菌种资源的开发、降解木薯渣发酵产氢性能及机制的解析及木薯渣发酵产氢工艺的构建等方面开展研究,不仅为生物质废弃物资源的开发利用和能源化技术开辟新途径,同时也为生物制氢技术产业化进程提供理论依据和技术支撑。从熊猫粪便中分离获得一株降解纤维素产氢菌缓纤维梭菌(Clostridium lentocellum)Cel-10。该菌株在培养温度37℃,初始pH 7.0,羧甲基纤维素钠(CMC-Na)浓度5.0 g/L条件下发酵产氢的最大产氢量为5.42±0.22 mmol H2/g CMC-Na,纤维素降解产氢能力在已报道的中温菌中属于前列。利用亚硝基胍诱变选育获得一株性能优良的突变株CMU-7,其内切型葡聚糖苷酶、外切型葡聚糖苷酶及β-1,4-葡萄糖苷酶三种纤维素酶较原始菌株Cel-10分别提高了123.33%、98.10%和38.98%。菌株CMU-7在降解纤维素发酵产氢的最佳条件下进行发酵产氢,纤维素降解率和产氢量分别为75.13±1.21%和6.77±0.08 mmol H2/g-CMC-Na,分别比菌株Cel-10提高了47.86%和24.91%。菌株的产氢性能得到了进一步提升,为降解纤维素发酵产氢菌种提供新的菌种资源。考察了菌株CMU-7直接利用木质纤维素类原料发酵产氢的能力,当以浓度为5.0 g/L的木薯渣为底物发酵产氢时,菌株CMU-7对木薯渣的降解率、产氢量分别为52.27±0.21%和4.51±0.12 mmol H2/g-木薯渣,产氢能力高于已报道的部分中温菌及高温菌,说明其具有较高的木质纤维素发酵产氢性能,为利用其直接生物转化木质纤维素类原料发酵产氢的设想提供了可能。通过对比发酵前后木薯渣的组成成分、形态特征、物理及化学结构及发酵过程中纤维素酶的变化,阐明了菌株CMU-7分泌的酶系可将木薯渣中纤维素及半纤维素水解成小分子物质后被菌株用于生长及代谢,但对木质素无明显降解效果。揭示了菌株CMU-7利用木薯渣发酵产氢过程中对木薯渣的降解机制,为缓纤维梭菌对木质纤维素中纤维素和半纤维素具有降解能力提供依据。通过NaOH溶液预处理木薯渣有效脱除木质素后,菌株CMU-7利用浓度为5.0 g/L的预处理后木薯渣残渣发酵产氢时,木薯渣的降解率和产氢量分别为70.31±0.26%和5.65±0.18 mmol H2/g-木薯渣,比利用未经预处理的木薯渣发酵产氢时分别提高了34.51%和25.22%,发酵结束所需时间比利用未经预处理的木薯渣发酵产氢时缩短8 h,提高了木薯渣中纤维素及半纤维素的生物转化效率。建立了以自主设计的CSHR反应器为基础的木薯渣补料分批发酵产氢工艺,提出了补料分批发酵方式的调控策略。该工艺经过关键运行参数优化后,在搅拌速率20 rpm,运行温度37℃,进料量80%(NaOH预处理后的木薯渣,浓度5.0 g/L),HRT为48 h(进料15 min,发酵47.5 h,排料15 min),初始pH为7.0的条件下稳定运行14个周期,木薯渣降解率及产氢量的平均值分别为63.50%和3.66 mmol H2/g-木薯渣,实现了以木薯渣为原料的反应器水平上的放大化发酵产氢。
吕云汉,王艺璇,李巧燕,陈思远,李永峰[4](2016)在《UASB在厌氧发酵制氢技术中的研究进展》文中研究指明氢气是一种理想的能源,具有转化率高、可再生和无污染等优点。与传统制氢方法相比,生物制氢技术的能耗低,对环境无害,其中的厌氧发酵生物制氢已经越来越受到人们的重视。文章主要介绍了生物制氢技术的发展和主要途径,对国内外生物制氢技术领域的研究现状进行了简介,厌氧发酵生物制氢技术则是其中最有潜力的技术,更易于实现规模化的工业性生产。并对生物制氢技术在未来的发展和研究方向进行了分析和展望。
李兆雯[5](2012)在《乙醇产氢发酵特性及其与微生物电解池耦合梯级产氢》文中提出发酵法生物制氢技术在处理有机废水和废弃物同时产氢,具有改善环境和实现能源再生的双重功效,是一项具有良好应用前景的技术。然而发酵产氢细菌不能转化小分子有机酸和醇,由于存在代谢障碍降低了氢气转化率。微生物电解池(MEC)是一项新兴的废水处理与产氢技术,在电化学辅助作用下可实现碳水化合物和小分子有机酸产氢。然而微生物电解池产氢技术在高浓度碳水化合物条件下,容易产生酸化,产氢效能降低。可见,如何实现碳水化合物高效转化产氢是生物制氢技术的难点。本文主要探讨环境因素对乙醇型发酵产氢及凝集的影响,将乙醇型发酵产氢技术与MEC产氢技术偶联,实现碳源梯级利用,提高底物利用率和产氢能力,这一研究具有重要的现实和理论意义。以乙醇发酵产氢细菌Ethanoligenens harbinense YUAN-3(哈尔滨产乙醇杆菌)进行产氢发酵时,Ca2+浓度为0.5g/L时菌株YUAN-3的凝集系数为90%以上,产氢量随Ca2+浓度增加而下降。在0.1g/L Ca2+浓度时,菌株X-29的产氢量为1400ml-H2/L-培养基;产氢菌X-29的自凝集效果较差,其凝集系数在10%左右,Ca2+的投加对菌株X-29的凝集影响不大。培养基中Fe2+浓度为0.1g/L,L-半胱氨酸浓度为0.8g/L时,YUAN-3的凝集和产氢能达到较好效果。对产氢菌YUAN-3和X-29的蛋白表达图谱分析,发现了可能与凝集相关的差异蛋白,其结构与苜蓿根瘤菌1021的转录调控蛋白家族的Putative GntR蛋白相似。分析不同二糖对产氢菌YUAN-3产氢量和底物利用率的影响。菌株YUAN-3在以蔗糖作为底物时具有较高产氢量和底物利用率。35g/L-蔗糖时,氢气产量为1936ml-H2/L-培养基,底物利用率在20g/L时为100%;24g/L-乳糖时,氢气产量为1387ml-H2/L-培养基,乳糖浓度低于10g/L时的底物利用率高于90%;以麦芽糖作为底物时的底物利用率和产氢效率都相对较低。利用产氢产乙醇发酵与MEC耦合实现了蔗糖梯级产氢。将菌株YUAN-3与产电细菌Shewanella sp. NH41复配进行一步法产氢,氢气产率为2.82mol-H2/mol-底物;菌株YUAN-3和Shewanella sp. NH41、 Geobactersulfurreducens PCA这两种产电菌复配产氢时,氢气产率为2.95mol-H2/mol-底物。以蔗糖为底物进行两步法产氢时, MEC段的氢气产率为55.37mmol-H2/g-COD,相较于单纯发酵氢气转化率提高了83%,底物转化率提高了56%。
梁晶[6](2012)在《畜禽粪便资源化利用技术和厌氧发酵法生物制氢》文中指出利用微生物在畜禽粪便处理的同时获得能源主要有2种方式,分别是厌氧产沼气和厌氧发酵法生物制氢。利用厌氧微生物处理畜禽粪便,在去除有机污染物的同时获得沼气是比较成熟的技术,而利用畜禽粪便厌氧发酵制氢的研究开展较晚,仍处于实验室研究阶段。但畜禽粪便资源化利用和发酵生物制氢技术发展迅速,而且可以有机结合。本文对两者的基本原理和最新研究进展进行了介绍,并对其发展前景进行了展望。
赵亚[7](2011)在《CO厌氧发酵制氢工艺基础及反应器性能研究》文中提出能源枯竭和环境污染是21世纪人类面临的两大难题,开发可再生的绿色能源,构建新的能源体系对实现人类可持续发展的目标具有战略性意义。生物制氢技术具有反应条件温和(常温常压)、节能环保和利用可再生生物废弃物资源等优点,因此备受关注。本文研究生物发酵制氢技术,以一氧化碳(CO)作为发酵底物,利用纯菌种Carboxydothermus hydrogenformans作菌源,分别在间歇进料和连续进料的培养条件下,通过厌氧发酵反应产生氢气(H2)。对菌株的发酵制氢机理、生长特性、底物消耗速率以及CO抑制浓度等因素进行深入研究,并考察在中空纤维膜反应器(HFMBR)内进行连续操作条件下,不同操作参数对产氢性能的影响。论文的主要内容如下:1. C.hydrogenformans菌能够以CO作为生长碳源和代谢能源,在厌氧环境中发酵制氢,通过CO脱氢酶(CODH)将底物中的H+还原为H2,同时将CO氧化为二氧化碳(CO2)。C.hydrogenformans菌发酵反应的氢气比生产速率(SHPR)和氢气得率(yield)均较高,Yield能达到96%。此外,该菌株能以丙酮酸盐作为碳源代谢发酵制氢,主要代谢产物为挥发性脂肪酸(VFA)和乙醇,但氢气Yield仅有17%;通过SEM和EDS等手段对菌群进行分析,发现其聚结培养基中的Ca和P等无机物质形成了晶体羟基磷灰石(Ca5 (PO4) 3OH)2.利用正交实验确定C.hydrogenformans生长培养基的最优组分配比,得出了P043,HCO3-,Ca2+和Mg2+四个离子浓度对各个实验目标的影响主次顺序以及最优化浓度,最终优化的溶液组成分别为PO43=1 mM, HCO3-=5 mM, Ca2+=0.1 mM和Mg2+=0.5 mM。最优化的营养液组成能够减少菌群中无机物质的积累,并保持菌株的最佳生物活性,得到了较高的SHPR和Yield。3.研究了C.hydrogenform ance发酵制氢的反应动力学,得到菌株的衰减系数和微生物比生长速率分别为0.022h-1和0.017h-1。在菌株初始浓度为5mg-VSS/L和8 mg-VSS/L时,分别得到最大Yield为97%和和最大SHPR为3.0mol/g-VSS.d。通过研究食微比(F/M)对SHPR的影响,对CO发酵制氢过程中的气液传质规律进行分析,得出了最佳的F/M为6.3mol-CO/g-VSS,即为了避免CO传质阻力对SHPR的影响,溶液上方空间的气相CO浓度应保持在176 g-CO(gas)/g-VSS以上(1atm,70℃,100 r/min)。此外,在CO的抑制动力学实验基础上,绘制了C.hydrogenformans发酵制氢的抑制动力学曲线,得出CO抑制浓度为0.55mmol/L。利用Monod扩展方程,建立CO抑制动力学模型,通过非线性拟合方法,得出最大底物消耗速率、底物抑制浓度和半饱和常数等反应动力学模型参数。4.本文结合了生物制氢和膜生物反应器两项内容,对膜生物反应制氢新技术进行研究,证实了HFMBR中利用CO气体连续高效发酵制氢的可行性。以提高反应器中产氢速率(HPR)和CO转化率(η)为目的,考察了操作压力(PCO)、CO进料载荷(Qg)、液相循环流量(Ql)和温度(T)对反应器制氢性能的影响。研究表明,通过气体渗透而产生的Qg是Pco的函数,在Qg为0.22mol/d和1.15mol/d时,分别得到反应器内最高η为97.6%和最大HPR为0.46mol/d。提高Ql,可以改善CO与H2O间的气液传质效果,进而提高反应器内的HPR。当Ql增大到1500ml/min时,得到最高气液传质系数为1.72h-1,但生物膜表面剪切力过大,造成了部分生物膜脱落,影响反应器制氢性能的稳定性。降低反应温度可以提高CO在液相中的溶解度,提高气液传质速率,但反应温度的降低抑制了菌株的最佳生物活性,从而限制了反应器内的生物制氢能力。HMBR系统长周期运行的稳定性较好,连续运行4个月,未发现膜污染问题;微生物挂膜能力强,纤维膜上固定的微生物细胞在反应器中的比例为84.5±1.6%,而且生物膜有机活性成分也较高,VSS/SS保持在86+5.9%。通过EDS分析得知,菌群中不再含有富含Ca和P的无机晶体,进一步验证了正交实验对培养基成分优化的有效性。膜生物反应器中的最高氢气比生产速率最高能达到0.85 mol/g-VSS.d,与传统反应器中最高的氢气比生产速率0.47 mol/g-VSS.d相比,提高了0.8倍。本文对厌氧嗜热菌C.hydrogenformans的发酵制氢反应进行理论研究、实验测试分析和模型计算,得出不同操作参数对HFMBR内传质和制氢效果的影响及过程强化途径,为膜反应器制氢新技术的理论研究和应用奠定了基础。
王东阳[8](2011)在《有机废水乙醇型发酵产氢系统快速启动及其生物强化研究》文中进行了进一步梳理由于生物制氢技术具有清洁无污染和可再生性等优点,被普遍认定是符合低碳战略和可持续发展战略的一种新型生物技术。在生物制氢技术中,发酵法生物制氢因稳定性好、产氢能力高而具有更好的工业化前景。乙醇型发酵产氢是一种新发现的混合培养发酵法生物制氢方法。本文围绕着乙醇型发酵产氢过程的快速启动和生物强化进一步提高产氢效能开展研究,以期为生物制氢技术的工业化提供技术依据和理论支撑。采用糖蜜废水作为有机碳源,利用连续流完全混合搅拌槽式反应器(CSTR),探讨了乙醇型发酵和丁酸型发酵产氢过程的差异,证实了前者具有更优的产氢特性。通过探讨乙醇型发酵产氢过程的快速启动、控制方法及控制参数,以及系统的运行稳定性,表明以控制有机负荷(OLR)为主,以pH值监测和调节为辅助的手段能够较快地形成乙醇型发酵类型。实验结果表明,接种活性污泥量(以VSS计)为17.7g/L,温度为35℃,HRT为6h,当厌氧发酵产氢系统的pH降低到3.2时,产乙醇菌群受到的抑制程度是最小的;当发酵产氢系统的pH恢复到4.6时,产乙醇菌群的代谢活性恢复较快,通过调节进水COD浓度(启动初期4000mg/L下降到2000mg/L),并以调节系统pH值为辅助手段,厌氧发酵制氢系统可在11d左右完成乙醇型发酵的快速启动。利用颗粒活性炭的吸附性能,对CSTR生物产氢反应器的活性污泥进行固定化,形成完全混合生物膜法制氢工艺。在连续流运行过程中,获得了不同的产酸发酵类型及产氢能力。丁酸型发酵和乙醇型发酵适宜的pH值范围分别为4.44.7和4.04.2,ORP范围分别为-200-350mV和-330-350mV。乙醇型发酵获得的最大产氢速率为3.9m3/(m3·d),氢气含量56%,优于丁酸型发酵。冲击负荷实验表明,COD有机负荷从正常运行时的40kg/(m3·d)降低到12kg/(m3·d),运行7d后,再提升到28kg/(m3·d)的过程中,系统的pH值虽然下降至3.2,但是恢复正常的底物供给时,系统pH值很快恢复至4.5左右,氢气含量从17%上升到48%,产气量增加30%。这说明完全混合生物膜法制氢工艺具有良好的缓冲性能及运行稳定性。采用高效产氢菌种对CSTR产氢系统实施生物强化,确定了连续流发酵法产氢工艺的最佳生物强化控制参数和高效菌种的投加技术。研究表明,系统在一定控制条件下达到稳定运行状态,在有机负荷为12kgCOD/(m3·d)、投加菌种量为5%的条件下,系统生物强化作用后的平均产气能力和平均产氢能力比生物强化处理前分别提高了12.9%和18%。而且,生物强化作用进一步提高了反应系统的运行稳定性。
岳莉然[9](2011)在《以赤糖为基质的生物制氢生态系统与工艺》文中指出当今世界矿质能源储备的消耗和持续的环境污染,已经成为全球亟待解决的重要问题。氢气作为高效和可再生的清洁能源,越来越被人们所接受,引起人们的广泛关注。氢气的制取技术的开发及其作为能源的利用,必将带来显着的环境生态效益、社会效益和经济效益。其中生物制氢技术已经逐渐被各国政府和科学家们重视。厌氧发酵生物制氢技术中不同底物及其不同浓度对产氢菌的产氢效能具有重要作用,选择成本低廉的底物也是目前研究的重点。而糖类又是在众多可用底物中最易被利用来制氢的。赤糖作为成品糖具有溶解性好、价格低、且成分中含有维生素和微量元素,是可用于生物制氢的化合物。本文依据厌氧发酵生物制氢的产氢机理,以赤糖为基质分别采用间歇培养方式和连续流培养方式对纯菌种和微生物混合培养的厌氧发酵制氢进行试验研究。围绕不同底物的筛选及以赤糖为基质的发酵法生物制氢反应器的启动和载体强化,并通过对影响生物制氢反应器的个别生态因子的控制,研究厌氧生物制氢反应器内群落的演替情况。研究结果表明,对于不同种类单糖(葡萄糖、果糖、半乳糖和甘露糖),分别取浓度为5g/L和10 g/L,不同单糖之间的氢气产量差别较小,但是底物浓度对氢气产量影响很大;产氢量最大的是10 g/L的半乳糖,产氢量为4072 mL/L,产氢量最小的是5g/L的果糖。蔗糖为双糖,其水解形成葡萄糖和果糖,转变成糖酵解途径的中间产物而进入糖酵解途径,以20g/L的葡萄糖和蔗糖为底物,葡萄糖为底物时产氢菌的产氢量(1.2 L/L)小于蔗糖为底物时的产氢量(1.42 L/L)。以赤糖浓度为20 g/L作为试验的底物浓度,研究产氢菌利用赤糖作为发酵底物时其发酵产氢工艺,发酵时间为60 h。实验发现不同发酵阶段,氢气的产量变化也不同。用可以做发酵产氢间歇试验底物的赤糖为CSTR底物来启动连续流生物制氢反应器(CSTR)。反应初期化学需氧量COD为4000 mg/L,系统内以丁酸菌群为主,为丁酸发酵型,产氢量降低后升高,生物量逐渐降低,由于液相发酵代谢产物增加导致pH值逐渐降低,当反应器运行到25 d时乙酸产量减少,乙醇产量增加,转变为乙醇型发酵,且此时产氢量增加,生物量也达到最高,这说明乙醇型发酵是此反应的最佳发酵产氢途径。反应中期化学需氧量COD为3000 mg/L,32 d以后总产酸量减少,pH值升高,液相末端产物中乙醇所占比例下降,丙酸成为占比例最高的液相产物,发酵类型为丙酸型发酵,生物量下降,菌群活性减弱,产氢量也随之下降。反应后期36 d~40 d时化学需氧量COD为1000 mg/L,之后41 d~45 d化学需氧量COD恢复为5000mg/L,这段时期各项参数均呈下降趋势,化学需氧量COD升高并未使生物活性和产氢量提高。采用活性炭颗粒对曝气条件下预处理的活性污泥进行固定化,以赤糖为底物,启动CSTR反应器。活性污泥固定化系统在COD为2000~6000mg/L条件下运行、水力停留时间(HRT)6小时,温度为(35℃±1)C,当pH值和氧化还原电位范围分别为3.4~4.8和-335~-422时,液态发酵产物为乙醇、乙酸与少量丙酸、丁酸和戊酸。11 d以后,乙醇和乙酸占液相产物总和的比例为72%,形成稳定的乙醇型发酵。化学需氧量(COD)的去除率最高达到66%,最后稳定在17%,。这显示载体强化条件下的CSTR生物制氢系统既有较高的产氢量,又有高强度有机废水处理能力。赤糖为底物的活性污泥生物制氢生态系统中的生态因子如pH、ORP的改变可以引发不同的发酵类型。当pH稳定在5.2~5.5时,发酵末端产物主要是丁酸和乙酸,表现为典型的丁酸型发酵。丁酸型发酵细菌的生态位与环境相符合,成为优势菌群。当pH稳定在3.8~4.2一段时间后,发酵产物以乙醇、乙酸为主,发酵类型转至乙醇型发酵,并持续较长时间,表现出乙醇型发酵的良好稳定性。ORP基本稳定在-350 mV~-400 mV,属于典型的丁酸型发酵;之后,丁酸和乙酸的含量逐渐降低,相反,乙醇的含量迅速增加,最大甚至达到411 mg/L,稳定在乙醇型发酵。
焦安英[10](2011)在《甘蔗压榨汁制氢系统的工程控制对策及其微生物群落研究》文中提出人类社会的经济发展、工业进步都离不开能源。化石能源的开发和利用给人类的生存环境及健康都带来了危害,因此,清洁、可再生能源的开发和应用成为当今世界需要迫切解决的问题。氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源,被认为是最具发展潜力的新型能源,已逐渐成为能源界关注的热点。生物制氢作为一种可利用生物质进行能源开发和再生的技术具有极大的研究和应用前景。发酵法生物制氢技术的产业化,开发可被微生物高效利用的原料、提高系统的产氢稳定性以及产氢连续性仍是该技术需要解决的关键问题。本研究建立了以甘蔗压榨汁为产氢基质,以厌氧污泥为产氢菌种的厌氧发酵生物制氢系统。对影响发酵系统产氢效能的一系列生态因子进行调控,优化工程控制参数,针对提高该系统的产氢能力,进行了深入的研究。运用分子生物学手段,对发酵产氢系统的微生物群落动态进行了监测分析。在厌氧发酵生物制氢过程中,反应器启动困难是其工程应用的制约因素,本文分别对启动容积负荷和污泥预处理对反应器启动的影响进行了探讨。实验结果表明,初始容积负荷的高低对生物制氢反应器的启动具有决定性作用,以6.0kgCOD/m3·d为初始容积负荷进行启动时形成了丁酸型发酵类型。启动初期的有机负荷不易过高,否则,系统的pH值在启动初期会急剧下降,造成反应系统的过度酸化状态,最终导致反应器启动的失败。好氧污泥和加热预处理污泥都可用于生物制氢反应器的种泥。以好氧污泥进行启动时,在启动25d后,乙酸与丁酸占总量的百分数在72%~83%之间波动,逐渐形成以丁酸和乙酸为主要发酵产物的丁酸型发酵。产氢速率最大值为8.04 L/d。在以加热预处理污泥进行启动时,到20d之后形成乙醇与乙酸含量超过80%的乙醇型发酵类型,最高产氢速率为16.11 L/d。启动实验结果表明,污泥的种类和预处理形式是某一发酵类型形成的关键因子,乙醇型发酵类型相对于丁酸型发酵而言,生物气产量及产氢量都相对较高,从而说明微生物对于环境条件的改变,尤其是有机负荷的提高具有较好的适应能能力,进而说明乙醇型发酵系统具有更好的产氢稳定性。在生物制氢反应器中,提高容积负荷在一定程度上能够提高系统的产气产氢速率,但是当容积负荷超过系统的承载能力时,部分微生物会由于生境的变化较大而被淘汰出反应器,导致系统的COD去除率下降和产气产氢速率的大幅下降,最终致使作为生物制氢的反应系统的崩溃。金属元素在微生物生命活动中具有重要的作用,向连续流发酵产氢系统中投加适量的Fe2+和Mg2+有助于加快系统的产氢速率。对于乙醇型发酵反应系统,当容积负荷提升至超过系统产氢效能承载后,系统产氢行为几乎停滞,如果能够及时调整降低进水的有机负荷,生物制氢系统可以恢复产氢行为。对产氢产酸发酵系统中丁酸型发酵系统的实验研究表明,稳定运行的容积负荷不易高于20kgCOD/m3·d。甘蔗渣制氢间歇实验中,在初始pH值为8.5时,获得最大累积产氢量,当发酵温度为35℃时,呈现最佳发酵产氢效果。对反应器在启动期的运行特性进行分析,在启动期各种挥发酸的含量都较高,呈现混合酸发酵,初始生物量较低,随着反应器的运行逐渐增加并稳定。乙醇型发酵产氢系统与丁酸型发酵产氢系统比较,在运行稳定性和平均产氢能力方面乙醇型发酵产氢系统表现更好,在工程控制方面乙醇型发酵优于丁酸型发酵,因此通过参数的调控形成特定的乙醇型发酵类型有利于提高系统的产氢效能。对乙醇型发酵的微生物菌群进行动态分析,活性污泥中的优势菌以梭菌和产乙醇杆菌为主。
二、中国发酵法生物制氢技术研究进展(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、中国发酵法生物制氢技术研究进展(论文提纲范文)
(1)氧化还原介体强化有机废水发酵生物制氢研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 制氢技术研究现状 |
1.1.1 传统制氢技术的研究概况 |
1.1.2 生物制氢技术 |
1.2 生物制氢技术现状 |
1.2.1 生物制氢技术研究进展 |
1.2.2 生物制氢技术分类 |
1.2.3 发酵法生物制氢技术产氢机理 |
1.2.4 发酵法生物制氢技术主要类型 |
1.2.5 厌氧发酵制氢技术的主要影响因素 |
1.3 氧化还原介体 |
1.3.1 概述 |
1.3.2 氧化还原介体的作用机理 |
1.3.3 氧化还原介体在水处理中的应用 |
1.3.4 腐殖酸在水处理中的应用 |
1.4 论文的研究目的及主要研究内容 |
第二章 实验材料与方法 |
2.1 实验装置 |
2.2 实验仪器与药品 |
2.2.1 实验药品 |
2.2.2 实验仪器 |
2.3 分析项目及方法 |
2.3.1 氢气含量的测定 |
2.3.2 挥发酸的测定 |
2.3.3 产气量测定 |
2.3.4 pH、COD的测定 |
2.3.5 微生物组成分析 |
第三章 氧化还原介体强化有机废水发酵生物制氢 |
3.1 实验装置 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 不同氧化还原介体对有机废水发酵产氢的影响 |
3.2.2 不同浓度腐殖酸对有机废水厌氧发酵制氢的影响 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 不同氧化还原介体对有机废水发酵产氢的影响 |
3.3.2 不同氧化还原介体对微生物群落结构的影响 |
3.3.3 不同浓度腐殖酸对有机废水厌氧发酵制氢的影响 |
3.3.4 不同浓度腐殖酸条件下微生物群落结构分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 产甲烷抑制剂对有机废水发酵生物制氢的影响 |
4.1 实验装置 |
4.2 实验方法 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.3.1 不同产甲烷抑制剂对厌氧发酵制氢的影响 |
4.3.2 产甲烷抑制剂对AQS介导有机废水厌氧发酵制氢的影响 |
4.3.3 不同产甲烷抑制剂对腐殖酸介导有机废水厌氧发酵制氢的影响 |
4.4 微生物组成分析 |
4.4.1 微生物群落多样性分析 |
4.4.2 微生物群落结构分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 底物浓度和初始pH对 ROMs介导有机废水发酵产氢的影响 |
5.1 实验装置 |
5.2 实验方法 |
5.2.1 底物浓度对ROMs介导有机废水发酵产氢的影响 |
5.2.2 初始pH对 ROMs介导有机废水发酵产氢的影响 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.3.1 底物浓度对ROMs介导有机废水发酵产氢的影响 |
5.3.2 初始pH对 ROMs介导有机废水发酵产氢的影响 |
5.3.3 初始pH对 ROMs介导发酵产氢微生物群落结构的影响 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
个人简况及联系方式 |
(2)哈尔滨产乙醇杆菌代谢调控分子机制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 氢能源与生物制氢技术 |
1.2.1 氢能源需求与发展现状 |
1.2.2 生物制氢技术 |
1.3 暗发酵制氢的研究进展 |
1.3.1 产氢菌的筛选 |
1.3.2 暗发酵产氢菌的产氢代谢途径 |
1.3.3 混合菌群发酵类型及优势菌群 |
1.3.4 影响发酵的主要生态因子 |
1.4 环境蛋白质组学的研究现状 |
1.4.1 蛋白质组学技术的研究策略 |
1.4.2 揭示污染物的微生物降解机制 |
1.4.3 解析环境微生物代谢调控机制 |
1.4.4 细菌乙酰化修饰蛋白质组研究 |
1.5 产乙醇杆菌属产氢菌的研究现状 |
1.5.1 哈尔滨产乙醇杆菌的分离 |
1.5.2 产氢条件的优化 |
1.5.3 哈尔滨产乙醇杆菌分子生物学研究 |
1.5.4 目前研究面临的主要问题 |
1.6 研究目的与内容 |
1.6.1 研究的目的与意义 |
1.6.2 课题主要研究内容 |
1.6.3 技术路线 |
第2章 材料与方法 |
2.1 主要仪器设备和实验试剂 |
2.1.1 主要试剂 |
2.1.2 主要仪器 |
2.1.3 菌株培养条件与取样方法 |
2.1.4 主要试剂配制 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 发酵产物分析 |
2.2.2 蛋白样品制备 |
2.2.3 蛋白浓度检测 |
2.2.4 双向电泳 |
2.2.5 TMT标记 |
2.2.6 iTRAQ标记 |
2.2.7 肽段脱盐与乙酰化肽段免疫亲和纯化富集 |
2.2.8 质谱分析 |
2.2.9 生物信息学分析 |
第3章 乙酸抑制E.harbinense发酵进程的分子机制 |
3.1 引言 |
3.2 乙酸对菌株YUAN-3发酵产氢特性的影响 |
3.3 哈尔滨产乙醇杆菌蛋白质组分析样品的制备优化 |
3.3.1 不同破碎方法对蛋白提取量的影响 |
3.3.2 不同蛋白提取方法的双向电泳对比 |
3.4 菌株YUAN-3在乙酸处理下的蛋白质组分析 |
3.4.1 差异表达蛋白质的鉴定 |
3.4.2 差异表达蛋白的整体变化趋势 |
3.4.3 差异表达蛋白的COG分类 |
3.4.4 聚类分析与代谢通路富集 |
3.4.5 差异表达蛋白的互作网络构建 |
3.5 乙酸影响菌株YUAN-3发酵的分子机制分析 |
3.5.1 乙酸造成菌株YUAN-3细胞内部酸化 |
3.5.2 乙酸抑制生长相关蛋白表达 |
3.5.3 乙酸抑制碳源及磷吸收相关蛋白表达 |
3.5.4 菌株YUAN-3应对乙酸胁迫的分子机制 |
3.6 本章小结 |
第4章 乙醇导致E.harbinense代谢产物谱改变的机制 |
4.1 引言 |
4.2 乙醇累积对菌株YUAN-3发酵产氢的影响 |
4.3 乙醇累积培养下的菌株YUAN-3蛋白质组分析 |
4.3.1 差异表达蛋白质的鉴定 |
4.3.2 差异表达蛋白的整体变化趋势 |
4.3.3 差异表达蛋白的功能划分 |
4.3.4 聚类分析与代谢通路富集 |
4.3.5 差异表达蛋白的互作网络构建 |
4.4 菌株YUAN-3在乙醇累积下的分子反应机制分析 |
4.4.1 乙醇抑制菌株YUAN-3产氢产乙酸的分子机制 |
4.4.2 乙醇影响碳氮代谢调控功能的蛋白 |
4.4.3 菌株YUAN-3应对乙醇累积的分子机制 |
4.5 本章小结 |
第5章 L-半胱氨酸提高E.harbinense代谢活性的机制 |
5.1 引言 |
5.2 L-半胱氨酸对菌株YUAN-3发酵产氢的影响 |
5.3 菌株YUAN-3在L-半胱氨酸处理下的蛋白质组分析 |
5.3.1 差异表达蛋白质的鉴定 |
5.3.2 差异表达蛋白的GO分类与富集分析 |
5.3.3 差异蛋白参与的代谢通路富集 |
5.3.4 参与L-半胱氨酸与L-甲硫氨酸代谢的蛋白 |
5.4 L-半胱氨酸处理下的菌株YUAN-3乙酰化修饰蛋白质组 |
5.4.1 乙酰化修饰蛋白的鉴定 |
5.4.2 乙酰化修饰蛋白质组的定量分析 |
5.4.3 乙酰化与乙酰化差异蛋白功能分类 |
5.4.4 乙酰化差异蛋白与总蛋白功能对比 |
5.4.5 糖酵解与产氢产乙醇的乙酰化蛋白 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
附录 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(3)纤维素降解产氢菌种选育及木薯渣产氢工艺研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 能源现状及发展趋势 |
1.1.3 研究的目的及意义 |
1.2 木质纤维素生物质资源发酵产氢研究现状 |
1.2.1 发酵法生物制氢研究进展 |
1.2.2 木质纤维素资源发酵产氢研究 |
1.2.3 降解纤维素产氢细菌 |
1.2.4 木质纤维素发酵产氢工艺 |
1.2.5 木质纤维素资源连续流发酵产氢 |
1.2.6 木质纤维素原料的预处理 |
1.3 木薯渣资源及其应用 |
1.3.1 木薯渣产量及性质 |
1.3.2 木薯渣资源化利用 |
1.3.3 木薯渣厌氧发酵研究现状 |
1.4 木薯渣发酵产氢研究中存在的问题 |
1.5 本文的主要研究内容及技术路线 |
1.5.1 主要研究内容 |
1.5.2 技术路线 |
第2章 试验材料与方法 |
2.1 试验材料 |
2.1.1 菌种来源 |
2.1.2 木薯渣来源 |
2.1.3 试验装置 |
2.1.4 仪器设备 |
2.1.5 培养基 |
2.2 试验方法 |
2.2.1 纤维素降解产氢细菌的富集驯化 |
2.2.2 纤维素降解产氢细菌的分离筛选 |
2.2.3 纤维素降解产氢细菌的鉴定 |
2.2.4 静态发酵产氢试验研究 |
2.2.5 熊猫粪便微生物群落结构分析 |
2.2.6 亚硝基胍诱变处理方法 |
2.2.7 木薯渣氢氧化钠预处理方法 |
2.3 分析方法 |
2.3.1 木薯渣成分分析 |
2.3.2 木薯渣降解过程中的形态观察 |
2.3.3 木薯渣降解过程中的结构分析 |
2.3.4 蛋白质浓度的测定 |
2.3.5 纤维素酶活的测定 |
2.3.6 发酵产物的分析 |
2.3.7 产氢动力学研究 |
第3章 纤维素降解产氢新菌种的多相分类及选育 |
3.1 引言 |
3.2 熊猫粪便微生物群落结构分析 |
3.3 纤维素降解产氢细菌的富集及分离筛选 |
3.4 纤维素降解产氢细菌的鉴定 |
3.4.1 菌株的形态学特征 |
3.4.2 菌株的生理生化特征 |
3.4.3 菌株的分子生物学鉴定 |
3.5 菌株Cel-10 降解纤维素产氢的影响因子 |
3.5.1 温度对生长及产氢性能的影响 |
3.5.2 pH对生长及产氢性能的影响 |
3.5.3 底物浓度对生长及产氢性能的影响 |
3.6 菌株Cel-10 降解纤维素产氢特性 |
3.7 菌株Cel-10 与其他纤维素产氢菌产氢能力比较 |
3.8 亚硝基胍诱变选育降解纤维素产氢突变株 |
3.8.1 诱变条件的选择 |
3.8.2 诱变选育纤维素降解产氢菌突变株 |
3.8.3 突变株CMU-7 遗传稳定性分析 |
3.8.4 突变株CMU-7 降解纤维素产氢特性 |
3.9 本章小结 |
第4章 纤维素降解产氢菌利用木薯渣发酵产氢性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 菌株CMU-7 直接利用木薯渣发酵产氢 |
4.2.1 木薯渣成分分析 |
4.2.2 菌株CMU-7 直接利用木薯渣发酵产氢特性 |
4.3 发酵过程中木薯渣的降解变化 |
4.3.1 木薯渣组成成分变化 |
4.3.2 木薯渣形态特征变化 |
4.3.3 木薯渣物理结构变化 |
4.3.4 木薯渣化学结构变化 |
4.3.5 菌株CMU-7 发酵产氢过程中对木薯渣的降解机制 |
4.4 菌株CMU-7 利用木质纤维素类物质发酵产氢特性 |
4.5 预处理强化木薯渣发酵产氢 |
4.5.1 木薯渣NaOH预处理关键因子的优化 |
4.5.2 菌株CMU-7 利用预处理后木薯渣残渣发酵产氢 |
4.6 本章小结 |
第5章 木薯渣发酵产氢工艺及产氢效能研究 |
5.1 引言 |
5.2 搅拌速率对CSHR反应器产氢效能的影响研究 |
5.2.1 搅拌速率对产氢量的影响 |
5.2.2 搅拌速率对木薯渣降解率的影响 |
5.2.3 不同搅拌速率条件下pH及液相末端产物分析 |
5.3 进料量对CSHR反应器产氢效能的影响研究 |
5.3.1 进料量对产氢量的影响 |
5.3.2 进料量对木薯渣降解率的影响 |
5.3.3 不同进料量条件下pH及液相末端产物分析 |
5.4 水力停留时间对CSHR反应器产氢效能的影响研究 |
5.4.1 水力停留时间对产氢量的影响 |
5.4.2 水力停留时间对木薯渣降解率的影响 |
5.4.3 不同水力停留时间条件下pH及液相末端产物分析 |
5.5 初始pH对 CSHR反应器产氢效能的影响研究 |
5.5.1 初始pH对产氢量的影响 |
5.5.2 初始pH对木薯渣降解率的影响 |
5.5.3 不同初始pH条件下pH及液相末端产物分析 |
5.6 CSHR工艺降解木薯渣发酵发酵产氢 |
5.6.1 CSHR工艺降解木薯渣产氢效能分析 |
5.6.2 CSHR工艺降解木薯渣产氢能源回收率分析 |
5.6.3 CSHR工艺降解木薯渣产氢过程中微生物活性分析 |
5.7 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(4)UASB在厌氧发酵制氢技术中的研究进展(论文提纲范文)
1 氢经济概念的提出与制取方法 |
1.1 氢经济概念的提出 |
1.2 传统制氢技术 |
1.3 厌氧发酵法生物制氢技术 |
2 发酵法生物制氢的研究现状 |
3 升流式厌氧污泥床(UASB)工艺的技术应用与发展 |
(5)乙醇产氢发酵特性及其与微生物电解池耦合梯级产氢(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 发酵法生物制氢技术 |
1.2.1 产氢发酵途径和发酵类型 |
1.2.2 影响发酵产氢因素 |
1.2.3 高效菌株的筛选与分离 |
1.2.4 发酵产氢工艺的改良及规模化 |
1.2.5 发酵法产氢面临的问题及展望 |
1.3 环境因子扰动条件下产氢细菌的产氢与凝集 |
1.3.1 凝集细菌粘附能力的研究 |
1.3.2 影响细菌凝集的因素 |
1.3.3 细菌形成凝集对制氢影响的研究 |
1.4 微生物电解池法制氢技术 |
1.4.1 MEC 的工作原理 |
1.4.2 MEC 的研究现状 |
1.4.3 MEC 产氢面临的问题及展望 |
1.5 发酵法与 MEC 偶联强化产氢 |
1.5.1 发酵法与 MEC 偶联实现梯级产氢 |
1.5.2 发酵法与 MEC 偶联强化产氢面临的问题 |
1.6 研究内容和技术路线 |
1.6.1 研究内容 |
1.6.2 研究技术路线 |
第2章 实验材料与方法 |
2.1 试验装置 |
2.1.1 发酵法制氢反应器 |
2.1.2 单室 MEC 反应器 |
2.2 检测项目与方法 |
2.2.1 氢气含量测定 |
2.2.2 细菌生物量测定 |
2.2.3 发酵产物分析 |
2.2.4 底物利用率的测定 |
2.2.5 pH 值的测定 |
2.2.6 凝集系数的测定 |
2.2.7 蛋白质双向凝胶电泳(2-DE) |
2.3 实验试剂与仪器 |
2.3.1 实验试剂 |
2.3.2 仪器设备 |
2.3.3 实验菌株与培养基配方 |
2.4 发酵法制氢数据的计算方法 |
2.4.1 氢气含量的计算 |
2.4.2 凝集系数的计算 |
2.5 MEC 产氢的计算方法 |
2.5.1 氢气产率 |
2.5.2 氢气回收率 |
2.5.3 产氢速率 |
第3章 影响产氢产乙醇细菌发酵产氢及凝集的因素 |
3.1 Ca~(2+)扰动对产氢细菌凝集与产氢效能的影响 |
3.1.1 Ca~(2+)对自凝集细菌 YUAN-3 产氢及凝集性的影响 |
3.1.2 Ca~(2+)对产氢菌 X-29 产氢及凝集性的影响 |
3.1.3 Ca~(2+)对产氢菌 YUAN-3 和 X-29 凝集性影响比较 |
3.2 Fe~(2+)与 L-半胱氨酸对 YUAN-3 凝集性及产氢的影响 |
3.3 产氢产乙醇细菌利用不同碳源发酵产氢 |
3.3.1 不同浓度蔗糖对产氢的影响 |
3.3.2 不同浓度乳糖对产氢的影响 |
3.3.3 不同浓度麦芽糖对产氢的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 乙醇型发酵与 MEC 耦合梯级产氢 |
4.1 发酵细菌与产电菌一步法复配产氢 |
4.1.1 不同菌种复配对系统产氢影响 |
4.1.2 一步法复配产氢的其他参数 |
4.2 发酵法-MEC 两步法产氢 |
4.2.1 利用蔗糖的纯菌发酵产氢 |
4.2.2 MEC 系统有机物降解 |
4.2.3 两步法的产氢效能分析 |
4.3 发酵与 MEC 耦合梯级产氢性能比较 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(6)畜禽粪便资源化利用技术和厌氧发酵法生物制氢(论文提纲范文)
1 国内外畜禽粪便资源化利用的现状 |
1.1 饲料化技术 |
1.2 肥料化技术 |
1.3 能源化技术 |
2 厌氧发酵法生物制氢 |
3 发酵生物制氢和畜禽粪便资源化利用 |
4 展望 |
(7)CO厌氧发酵制氢工艺基础及反应器性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
引言 |
1 生物发酵制氢的研究进展 |
1.1 国际能源现状及环境问题 |
1.2 氢能应用现状及开发技术 |
1.2.1 氢能的优越性 |
1.2.2 氢能的现代应用 |
1.2.3 氢能的开发 |
1.3 厌氧发酵法生物制氢技术 |
1.3.1 发酵制氢微生物 |
1.3.2 发酵制氢底物 |
1.3.3 发酵制氢反应器 |
1.3.4 膜生物反应器 |
1.4 本课题主要研究内容 |
1.4.1 课题来源 |
1.4.2 研究目的 |
1.4.3 研究内容 |
1.5 本章小结 |
2 C.hydrogenoformans微生物的生长特性 |
2.1 引言 |
2.2 原料与分析 |
2.2.1 菌种来源 |
2.2.2 实验设备 |
2.2.3 分析方法 |
2.3 C.hydrogenoformans发酵产氢的反应机理 |
2.4 C.hydrogenoformans产氢能力的实验研究 |
2.4.1 C.hydrogenoformans利用CO发酵制氢 |
2.4.2 C.hydrogenoformans利用丙酮酸盐发酵制氢 |
2.5 菌群中组成元素分析 |
2.5.1 元素分析结果 |
2.5.2 结果与讨论 |
2.6 小结 |
3 C.hydrogenformance微生物生长的影响因素 |
3.1 引言 |
3.2 正交实验 |
3.2.1 直观分析 |
3.2.2 方差分析 |
3.3 pH恒定时的正交试验 |
3.3.1 直观分析 |
3.3.2 方差分析 |
3.4 正交实验结果验证 |
3.5 小结 |
4 CO反应动力学及传质过程分析 |
4.1 引言 |
4.2 微生物反应动力学研究 |
4.2.1 细胞生长动力学 |
4.2.2 产物生成动力学 |
4.2.3 CO抑制动力学 |
4.3 实验结果 |
4.3.1 细胞生长动力学 |
4.3.2 产物生成动力学 |
4.3.3 CO抑制动力学 |
4.4 小结 |
5 膜生物反应器内连续发酵制氢过程 |
5.1 引言 |
5.2 实验流程及测试 |
5.2.1 实验装置 |
5.2.2 膜组件 |
5.2.3 分析方法 |
5.2.4 实验步骤 |
5.3 冷模实验结果分析与讨论 |
5.3.1 气体在膜孔内的渗透 |
5.3.2 气液传质系数的测定 |
5.4 热模实验结果分析与讨论 |
5.4.1 生物挂膜阶段 |
5.4.2 Q_g变化阶段 |
5.4.3 Q_l变化阶段 |
5.4.4 T变化阶段 |
5.5 反应器内微生物分析 |
5.5.1 菌株观察和微生物浓度计算 |
5.5.2 生物膜和膜材料老化对Q_g的影响 |
5.5.3 VSS/SS及EDS分析 |
5.5.4 菌种的鉴定和16S rDNA序列分析 |
5.5.5 菌群中无机物质含量的验证 |
5.6 小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
附录A:COD测试步骤及细胞干密度转化原理 |
附录B:SS和VSS测量方法及测试步骤 |
创新点摘要 |
作者简介 |
攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(8)有机废水乙醇型发酵产氢系统快速启动及其生物强化研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 概论 |
1.2 生物制氢技术方法 |
1.2.1 光合法生物制氢技术 |
1.2.2 发酵法生物制氢技术 |
1.3 厌氧发酵生物制氢机理 |
1.3.1 EMP 代谢过程中丙酮酸脱羧产氢 |
1.3.2 NADH/NAD+的“氧化-还原”平衡调控产氢 |
1.3.3 产氢产乙酸菌的底物梯级利用产氢 |
1.4 厌氧细菌的发酵法生物制氢系统和工艺 |
1.4.1 发酵法生物制氢工艺的优势 |
1.4.2 混合培养发酵法生物制氢工艺 |
1.4.3 纯培养发酵法生物制氢工艺 |
1.4.4 发酵产氢系统快速启动研究现状 |
1.5 厌氧发酵生物制氢技术的发展现状 |
1.5.1 高产氢效率菌种的分离和培养 |
1.5.2 厌氧发酵生物制氢的发酵类型 |
1.5.3 生物载体强化技术在生物制氢领域的应用 |
1.5.4 利用不同基质进行生物产氢的探索 |
1.6 生物强化技术的应用现状 |
1.6.1 生物强化技术在废水处理中的应用 |
1.6.2 生物强化技术在其他领域的应用 |
1.7 本课题研究目的意义与内容 |
1.7.1 课题来源 |
1.7.2 本课题研究目的和意义 |
1.7.3 主要研究内容 |
第2章 试验材料与方法 |
2.1 试验装置及工艺流程 |
2.2 试验方法 |
2.2.1 接种污泥预处理及高效产氢菌种的来源 |
2.2.2 试验废水 |
2.2.3 试验采用微生物 |
2.2.4 培养基 |
2.3 试验分析项目及方法 |
2.3.1 液相末端发酵产物测定 |
2.3.2 生物量的测定 |
2.3.3 发酵气体组分及含量的测定 |
第3章 乙醇型发酵产氢过程和快速启动研究 |
3.1 引言 |
3.2 乙醇型发酵产氢的关键影响因素 |
3.2.1 温度对乙醇型发酵产氢过程和快速启动的影响 |
3.2.2 pH 值对乙醇型发酵产氢过程和快速启动的影响 |
3.2.3 氧化还原电位对乙醇型发酵产氢过程和快速启动的影响 |
3.2.4 容积负荷率对乙醇型发酵产氢过程和快速启动的影响 |
3.2.5 污泥负荷率对乙醇型发酵产氢过程和快速启动的影响 |
3.2.6 营养条件对乙醇型发酵产氢过程和快速启动的影响 |
3.3 乙醇型发酵产氢能力及运行稳定性分析 |
3.3.1 乙醇型发酵和丁酸型发酵液相发酵产物的差异 |
3.3.2 乙醇型发酵和丁酸型发酵产氢能力的比较 |
3.3.3 乙醇型发酵和丁酸型发酵 pH 值的差异 |
3.3.4 乙醇型发酵和丁酸型发酵氧化还原电位的差异 |
3.4 乙醇型发酵产氢过程快速启动方法 |
3.4.1 发酵制氢接种污泥的驯化 |
3.4.2 乙醇型发酵的快速启动 |
3.5 本章小结 |
第4章 活性炭载体强化乙醇型发酵产氢效能的研究 |
4.1 引言 |
4.2 非固定化 CSTR 系统的产氢运行操作 |
4.2.1 提高有机负荷的方法 |
4.2.2 pH 值的变化规律 |
4.2.3 氧化还原电位的变化规律 |
4.2.4 COD 去除率的变化规律 |
4.2.5 液相末端产物的变化规律 |
4.2.6 产氢量 |
4.3 固定化 CSTR 系统的产氢运行效能 |
4.3.1 CSTR 反应器的启动 |
4.3.2 反应器的稳定运行 |
4.3.3 微生物悬浮培养与附着培养的差异 |
4.4 本章小结 |
第5章 乙醇型生物产氢的生物强化过程 |
5.1 引言 |
5.2 生物强化的主要控制参数的确定 |
5.2.1 菌种投加时期的确定 |
5.2.2 水力停留时间的确定 |
5.2.3 高效产氢菌种的确定 |
5.2.4 菌种投加方式的确定 |
5.2.5 高效产氢菌种的生物强化作用 |
5.3 生物强化的作用效果分析 |
5.3.1 生物强化前反应器的运行状态 |
5.3.2 生物强化对产气速率的影响 |
5.3.3 生物强化对液相末端发酵产物的影响 |
5.3.4 生物强化对 pH 值的影响 |
5.3.5 生物强化对氧化还原电位的影响 |
5.3.6 生物强化对产氢系统影响的综合分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(9)以赤糖为基质的生物制氢生态系统与工艺(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 氢能与生物制氢技术的研究现状与应用前景 |
1.2.1 氢气的制取方法 |
1.2.2 生物制氢技术 |
1.2.3 发酵法生物制氢技术 |
1.3 厌氧发酵产氢机理 |
1.3.1 细菌产氢发酵的生物物化机理 |
1.3.2 复杂有机物的厌氧降解阶段 |
1.4 发酵法生物制氢微生物生态 |
1.4.1 生态位与产氢群落结构 |
1.4.2 发酵类型与产氢群落结构 |
1.4.3 产氢群落结构的分析方法 |
1.4.4 影响产氢群落结构的生态因子 |
1.5 生物载体强化技术在生物制氢领域的应用 |
1.6 本课题的目的、意义及主要研究内容 |
1.6.1 课题来源 |
1.6.2 目的意义 |
1.6.3 课题的主要研究内容 |
2 试验装置、材料与方法 |
2.1 试验装置 |
2.1.1 培养瓶间歇试验装置 |
2.1.2 连续流混合培养试验装置 |
2.1.3 污泥驯化试验装置 |
2.2 试验仪器与设备 |
2.3 试验材料 |
2.3.1 试验菌种 |
2.3.2 母液培养基成分 |
2.3.3 培养基配制 |
2.3.4 CSTR的底物 |
2.4 化分析项目与方法 |
2.4.1 理化分析项目 |
2.4.2 微生物细胞干重的测定 |
2.4.3 发酵气体中氢气含量的测定 |
2.4.4 液相末端发酵产物测定 |
2.4.5 氧化还原电位 |
2.4.6 生物量的测定 |
3 产氢菌发酵产氢的底物筛选 |
3.1 不同单双糖对产氢菌发酵产氢效能的影响 |
3.1.1 不同单糖发酵产氢的研究 |
3.1.2 单糖(葡萄糖)和双糖(蔗糖)发酵产氢的研究 |
3.2 不同浓度葡萄糖与赤糖对产氢菌发酵产氢效能的影响研究 |
3.2.1 不同浓度葡萄糖与赤糖对产氢菌发酵产氢效能的影响 |
3.2.2 以赤糖为底物的间歇培养制氢工艺的研究 |
3.3 本章小结 |
4 以赤糖为底物的CSTR反应器的启动 |
4.1 接种污泥的预处理 |
4.2 进水COD浓度控制参数 |
4.3 反应器运行过程中产氢效能的变化 |
4.3.1 反应器运行过程中产氢量的变化 |
4.3.2 反应器运行过pH的变化 |
4.3.3 反应器运行中液相末端发酵产物的变化 |
4.3.4 反应器运行过程中pH对产氢量的影响 |
4.3.5 反应过程中生物量的变化 |
4.4 本章小结 |
5 以赤糖为底物污泥固定化的CSTR反应器的启动 |
5.1 反应器运行过程中COD的变化 |
5.2 反应器运行过程中产气量和产氢量的变化 |
5.3 反应器运行过程中液相代谢产物的变化 |
5.4 反应器运行过程中pH值的变化 |
5.5 反应器运行过程中ORP的变化 |
5.6 本章小结 |
6 赤糖厌氧发酵制氢人工生态系统的生态因子改变 |
6.1 生态学意义上的厌氧发酵制氢系统 |
6.2 赤糖厌氧发酵制氢系统的生态因子的改变 |
6.2.1 生态因子pH值的改变 |
6.2.2 生态因子ORP的改变 |
6.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
个人简历 |
(10)甘蔗压榨汁制氢系统的工程控制对策及其微生物群落研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 生物制氢技术的研究现状及发展 |
1.2.1 生物制氢技术的发展 |
1.2.2 产氢微生物及分析方法 |
1.2.3 发酵法生物制氢的经典发酵类型 |
1.3 本课题的研究目的和意义 |
1.3.1 本课题的研究目的意义 |
1.3.2 本课题的主要研究内容 |
1.3.3 研究技术路线 |
2 实验材料与方法 |
2.1 实验装置与材料 |
2.1.1 连续流实验装置 |
2.1.2 间歇实验装置 |
2.1.3 实验底物 |
2.1.4 间歇实验培养基 |
2.1.5 产氢污泥接种与驯化 |
2.2 分析项目与方法 |
2.2.1 葡萄糖的测定 |
2.2.2 产氢微生物细胞干重的测定 |
2.2.3 产氢微生物群落动态分析 |
2.2.4 氢气含量的测定 |
2.2.5 液相发酵产物的测定 |
3 发酵制氢反应器的启动与控制对策研究 |
3.1 反应器的启动影响因素探讨与工程控制对策 |
3.1.1 容积负荷 |
3.1.2 接种污泥 |
3.2 甘蔗压榨汁制氢系统的自然发酵类型 |
3.2.1 丁酸型发酵 |
3.2.2 乙醇型发酵 |
3.2.3 丙酸型发酵 |
3.3 本章小结 |
4 基于微生物产氢机理的生态因子调控 |
4.1 EMP途径产氢 |
4.2 产氢产乙酸菌的产氢作用 |
4.3 NADH/NAD~+平衡调节产氢 |
4.4 高容积负荷下系统产氢效能研究 |
4.5 金属离子对系统产氢效能的影响 |
4.6 本章小结 |
5 甘蔗压榨汁生物制氢系统的调控对策研究 |
5.1 生物制氢系统限制因子影响研究 |
5.1.1 温度 |
5.1.2 pH值 |
5.1.3 氧化还原电位 |
5.2 甘蔗压榨汁生物制氢系统的工程调控研究 |
5.2.1 系统乙醇型发酵的产氢能力分析 |
5.2.2 系统丁酸型发酵的产氢能力分析 |
5.3 甘蔗渣生物制氢间歇实验研究 |
5.3.1 甘蔗渣预处理与污泥接种 |
5.3.2 温度对甘蔗渣生物制氢的影响 |
5.3.3 初始pH值对甘蔗渣产氢的影响 |
5.4 发酵产氢菌株Ethanoligenens sp.R3的产氢实验 |
5.4.1 菌株Ethanoligenens sp.R3纯培养产氢特性 |
5.4.2 菌株Ethanoligenens sp.R3利用预处理麦草秸秆产氢 |
5.5 本章小结 |
6 甘蔗压榨汁生物制氢系统的微生物群落研究 |
6.1 产氢微生物群落特征与演替 |
6.2 启动期微生物群落生态研究 |
6.2.1 启动期反应器运行特性 |
6.2.2 制氢系统启动期微生物群落分析 |
6.3 系统稳定产氢阶段微生物群落生态研究 |
6.3.1 稳定期反应器运行特性 |
6.3.2 制氢系统稳定运行期微生物群落分析 |
6.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果 |
致谢 |
四、中国发酵法生物制氢技术研究进展(论文参考文献)
- [1]氧化还原介体强化有机废水发酵生物制氢研究[D]. 桑静. 山西大学, 2020(01)
- [2]哈尔滨产乙醇杆菌代谢调控分子机制研究[D]. 李华华. 哈尔滨工业大学, 2019
- [3]纤维素降解产氢菌种选育及木薯渣产氢工艺研究[D]. 张麓岩. 哈尔滨工业大学, 2019
- [4]UASB在厌氧发酵制氢技术中的研究进展[J]. 吕云汉,王艺璇,李巧燕,陈思远,李永峰. 广东化工, 2016(02)
- [5]乙醇产氢发酵特性及其与微生物电解池耦合梯级产氢[D]. 李兆雯. 哈尔滨工业大学, 2012(04)
- [6]畜禽粪便资源化利用技术和厌氧发酵法生物制氢[J]. 梁晶. 环境科学与管理, 2012(03)
- [7]CO厌氧发酵制氢工艺基础及反应器性能研究[D]. 赵亚. 大连理工大学, 2011(06)
- [8]有机废水乙醇型发酵产氢系统快速启动及其生物强化研究[D]. 王东阳. 哈尔滨工业大学, 2011(04)
- [9]以赤糖为基质的生物制氢生态系统与工艺[D]. 岳莉然. 东北林业大学, 2011(10)
- [10]甘蔗压榨汁制氢系统的工程控制对策及其微生物群落研究[D]. 焦安英. 东北林业大学, 2011(10)