混合菌群厭氧發(fā)酵過程及其氫氣過飽和現(xiàn)象研究.pdf

1、混菌厭氧發(fā)酵作為一種有前景的生物技術(shù)，被越來越多的應用于生物能源和生物產(chǎn)品的生產(chǎn)中，這其中包括氫氣、乙醇、脂肪酸類和甲烷等。不同的操作條件，如溫度、pH、底物等，能夠直接影響到菌群的代謝過程，進而改變厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物組成和分布。因此，如何通過有效的條件控制來實現(xiàn)目標產(chǎn)物產(chǎn)量的提高顯得尤其重要。本文主要研究了堿性條件下混菌發(fā)酵葡萄糖過程，探索了混菌發(fā)酵過程中的氫氣過飽和現(xiàn)象及其影響，并通過條件控制實現(xiàn)了甘油的部分厭氧消化過程。主要研究內(nèi)容和

2、研究結(jié)果如下:
　　 1.混菌發(fā)酵葡萄糖實驗在連續(xù)攪拌反應器(CSTR)中進行，分別在35℃、55℃和70℃溫度條件下，變化pH值從中性到堿性(6.5-10.5)，得到了不同條件下混菌代謝產(chǎn)物分布的變化情況，其中主要包括脂肪酸類、乙醇、生物量等。基于微生物細胞的氧化還原平衡、熱力學條件以及胞內(nèi)pH平衡控制等，解釋了堿性條件代謝產(chǎn)物發(fā)生變化的可能原因。同時，對其實際應用性進行了探討。
　　 2.實驗通過膜進樣質(zhì)譜儀(MIM

3、S)研究了不同氮氣吹掃方式和攪拌速度對強高溫(70℃)混菌發(fā)酵過程中氫氣過飽和的影響，并分析了其與發(fā)酵代謝產(chǎn)物分布之間的關(guān)系。實驗證實了強高溫發(fā)酵中氫氣過飽和的存在，同時推測由于過飽和現(xiàn)象的存在，溶解氫氣比頂空氫氣更能反映發(fā)酵代謝產(chǎn)物的分布情況。通過對總氣體傳質(zhì)系數(shù)(KLa)的計算分析，推測氫氣過飽和在混菌發(fā)酵過程中是一種普遍存在的現(xiàn)象。當利用氣體吹掃來提高氫氣產(chǎn)量時，最適吹掃速率為氫氣產(chǎn)率的2-10倍。
　　 3.在強高溫條件

4、(70℃)下，通過控制水力停留時間(HRT)等實現(xiàn)了甘油的定向產(chǎn)乙酸和甲烷的過程。分子生物學手段得到，混合菌群中的古菌以嗜氫產(chǎn)甲烷菌為主。間歇實驗得到甲烷最大產(chǎn)率約為250 mL/d/L_liquid，乙酸最大產(chǎn)率約為580 mg/d/L_liquid。長期運行實驗驗證了甘油強高溫厭氧消化在不同底物負荷下能夠穩(wěn)定運行，頂空甲烷含量達到75％，乙酸純度為90％左右。系統(tǒng)在高底物負荷率下有更好的運行效果，其乙酸和甲烷產(chǎn)量分別達到0.77和0