光合细菌协同产气肠杆菌联合发酵制氢试验

暗-光联合生物制氢是提高底物利用率和产氢潜力的有益探索。该文以玉米秸秆酶解液为产氢底物,采用光合细菌(HAU-M1)与产气肠杆菌(AS1.489)混合培养工艺,进行了同步糖化暗-光联合生物制氢试验研究。以累积产氢量为主要指标,利用单因素试验考察了底物质量浓度、初始pH值、光照强度、发酵温度对HAU-M1与产气肠杆菌混合培养条件下联合产氢的影响,并在单因素试验的基础上通过正交试验对产氢工艺参数进行了优化。结果表明:各工艺参数对HAU-M1与产气肠杆菌联合产氢影响的主次顺序为:发酵温度初始pH值底物质量浓度光照强度。发酵温度和初始pH值是影响HAU-M1与产气肠杆菌联合产氢的显著因素。HAU-M1与产气肠杆菌混合培养联合产氢的较佳工艺条件为:底物质量浓度35 g/L、初始pH值6.5、光照强度3 500 1x、发酵温度30℃,在此条件下,72 h的累积产氢量达到332.6 mL,单位产氢量为47.5 mL/g。该试验研究可为基于秸秆类生物质的暗-光细菌混合培养联合产氢的进一步研究提供参考。     

光合细菌和有机肥对土壤主要微生物类群的影响

将光合细菌菌液和发酵有机肥施入农田土壤，研究表层土壤中微生物区系变化。结果表明，光合细菌和有机肥显著增加土壤中放线菌、异养细菌、固氮菌、氨化细菌和硝化细菌数量，减少反硝化细菌数量，改善土壤微生物区系，光合细菌作用比有机肥更稳定和持久。光合细菌还能明显降低真菌数量，提高放线菌／真菌比值，促进土壤健康。     

光合细菌强化高浓度酵母废水厌氧生物处理效果研究

高浓酵母废水的厌氧生物处理效率对废水处理系统的运行成本和经济可行性具有至关重要的作用。该文采用光合细菌强化厌氧污泥的方法处理酵母废水,考察了废水在厌氧处理前后的化学需氧量、色度变化以及光合细菌加入前后微生物的OTU分布、厌氧污泥细菌的物种门类、污泥古菌聚类结果序列数量的变化。结果表明:光合细菌加入后,单段厌氧反应器处理酵母废水化学需氧量和色度去除率分别由原来的58.20%、47.50%显著提升至75.12%和62.04%,光合细菌强化厌氧生物处理过程效果明显。微生物多样性分析发现在厌氧污泥驯化和添加光合细菌强化过程中,优势菌种不断累积,特异性增强,物种门类数目减少。光合细菌与其他异养细菌存在共生关系,加入光合细菌后污泥中产甲烷优势群落微生物明显增多,从而提高厌氧系统的处理效果。研究结果为高浓工业有机废水的有效处理提供了参考。     

生物质制氢的光合细菌连续培养技术实验研究

为了解决规模化光合细菌生物制氢工艺中,生产菌种连续培养的问题,系统地测定了光合细菌混合菌群的生长曲线,根据标准曲线计算出不同初始OD660值的培养液中光合细菌的倍增周期,结合光合细菌连续制氢工艺对生产菌种的基本要求和工程实际,设计了一套培养液部分循环连续培养实验装置,试运行实验结果显示：在初始菌液OD660值为0.273、厌氧、（30±1）℃、1200 Lux连续光照、培养周期38 h的条件下,部分循环连续培养的出口菌液OD660值可控制在0.38～0.74,符合光合制氢对生产菌种的要求。     

光合细菌对鱼病原细菌生长的影响

从发病的棒花鱼（Abbottina rivularis）和鲫鱼（Carassius auratus）分离得到7株菌,经人工感染证实其中的B3、J1和J2等3株菌均为病原细菌。B3和J1鉴定为嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）,J2鉴定为豚鼠气单胞菌（Aeromonas caviae）。采用平板扩散法测定了光合细菌嗜酸红假单胞菌Y7（Rhodopseudomonas acidophila Y7）、球形红假单胞菌X3（R．spheroids X3）和桃红荚硫菌S（Tniocapsa roseopersicina S）对病原细菌B3和J2生长的影响。结果表明：在营养琼脂平板上3种光合细菌对两种病原细菌（B3和J2）无明显拮抗作用,但光合细菌能覆盖在病原细菌上生长;3种光合细菌对病原细菌生长有明显的抑制作用,其中球形红假单胞菌X3抑制作用最大,但X3代谢产物对病原细菌生长无明显抑制作用,说明X3对病原细菌的抑制作用来自菌体细胞。X3还能明显抑制水体中的病原菌B3和J2的生长。     

芦苇秸秆厌氧联产氢气甲烷过程中细菌群落演替规律

基于PCR-DGGE技术研究芦苇秸秆氢气-甲烷厌氧联产过程中,细菌微生物群落结构特征和演替规律。结果表明,厌氧联产过程中细菌群落结构分布存在明显的阶段性差异。产氢阶段初期,细菌群落相似性较小,随着厌氧联产的进行,细菌种类逐渐增多并在产氢高峰期保持稳定,群落相似性较高,戴斯系数(Cs)为83.6%(第12、24小时,泳道H3和H4)。产甲烷高峰期Cs值达到87.4%(第210、258小时,泳道M6,M7),群落结构稳定,产甲烷末期Cs值降低至51.5%(第210、432小时,泳道M6,M9)。序列分析表明,Enterobacter aerogenes产气肠杆菌是具有高效产氢潜力的兼性厌氧细菌,Sedimentibacter产氢产乙酸菌是产氢阶段的优势微生物。Clostridium thermocellum嗜热纤维素菌是厌氧联产过程的优势微生物,具有降解纤维素功能,对芦苇秸秆的能源化利用起到重要作用。     

磷酸盐和碳酸盐对秸秆类生物质光发酵产氢的影响

为研究磷酸盐和碳酸盐对光发酵产氢过程的影响,该文主要以酶解预处理后的玉米秸秆为产氢基质,对不同浓度的磷酸盐(K_2HPO_4)和碳酸盐(NaHCO_3 )下的氢气产量、pH值、ORP值和产氢动力学结果进行分析。结果表明,当K_2HPO_4的浓度为10 mmol/L时,氢气产量为(40.65±0.35)m L/g,比对照组显著提高了28.48%,对光发酵产氢的促进效果最好;终pH值为6.37±0.02,显著高于对照组的6.06±0.03,能够有效缓冲反应体系的pH值。不同K_2HPO_4浓度下的产氢动力学特性结果表明,适当的K_2HPO_4浓度提高了最大产氢潜能和最大产氢速率,缩短了产氢延迟时间,当K_2HPO_4的浓度为10 mmol/L时,最大产氢潜能最大,和最大产氢速率较大,产氢延迟时间较短,分别是40.81 m L/g、1.87 m L/(h·g)和2.85 h。当NaHCO_3 浓度为5 mmol/L时,氢气产量为(37.46±1.40)m L/g,比对照组显著提高了18.39%,对光发酵产氢的促进效果最好;终pH值为6.26±0.04,显著高于对照组的6.06±0.03,能够有效缓冲反应体系的pH值。不同NaHCO_3 浓度下的产氢动力学结果表明,适当的NaHCO_3 浓度能够提高最大产氢潜能和最大产氢速率,但却会延迟光合细菌的产氢,当NaHCO_3 浓度为5 mmol/L时,最大产氢潜能和最大产氢速率最大,产氢延迟时间相对较短,分别是37.26 m L/g、1.92 m L/(h·g)和5.11 h。该研究可为秸秆类生物质光发酵生物制氢工艺提供参考。     

光合细菌菌液对甜椒生长的影响研究

试验研究光合细菌菌液对温室甜椒生长及产量的影响结果表明,光合细菌菌液可增强甜椒光合速率和过氧化氢酶活性,增加叶绿素含量,进而增产。     

温度水分对秸秆降解微生物群落功能多样性影响

秸秆腐解微生物群落结构受环境因子(温度和水分)影响显著。本试验利用BIOLOG技术,以秸秆腐解微生物碳源利用的平均颜色变化率(averagewell colordevelopment,AWCD)为指标,研究了不同温度(15℃,25℃和35℃和水分(40%,70%和90%田间持水量)条件下小麦和玉米秸秆腐解过程中微生物碳源代谢多样性的差异试验结果表明不同处理的AWCD随培育温度升高而降低,即15℃25℃35℃。随着培育时间的增加,其降低的趋势更加明显。同样地,小麦玉米秸秆腐解微生物的物种丰富度指数Shannon-Wiener(H)和优势度指数Simpson(D)也呈现出随温度升高而降低的趋势。微生物主要利用糖类和脂类物质。主成分分析结果表明在不同腐解时间,腐解微生物代谢多样性在不同温度下差异显著,而在不同水分下差异不显著。     

光合细菌在种植业上的应用研究近展

就光合细菌(PSB)在提高粮食、果蔬及多种经济作物的产量,并改善其产品质量,提高植物抗病毒能力,增强果实耐贮性,促进土壤有益微生物增殖,改善土壤理化结构,减轻农药对植物的毒害和降解残留农药中的作用等研究近况作了较全面的叙述,并对其作用原理作了简要分析。     

光合细菌产氢系统产热速率影响因素

以产氢细菌为试验菌种,采用单因子试验的方法,研究了光合细菌产氢系统产热速率的影响因素,结果表明：不同产氢条件下系统产热速率均呈先增加后减小的趋势,最大产热速率一般出现在6～8 h。初始温度、光照度和接种量对产氢系统的产热速率有显著影响,葡萄糖浓度和NH4+浓度对产热速率有一定的影响,但相对较小。初始温度为27℃、光照度为3000 Lx、接种量为10%、葡萄糖浓度4.0%、NH4+浓度为0.6 g/L时,光合细菌产氢系统的产热速率最大。该文为光合细菌制氢技术的工业化以及光合生物制氢反应器运行过程中温度控制系统的设计提供了依据。     

光合菌群产氢量影响因素的研究

该文主要研究高效产氢光合菌群产氢的工艺条件，探讨光照度、温度、酸碱度、接种量等因素对光合菌群高效产氢过程的影响规律。结果表明，高效产氢光合菌群产氢必须在光照和厌氧的条件下进行，高效产氢光合菌群的良好产氢工艺条件为：光照度2000～6000 lx、温度28～34℃、pH值5～8、接种量10%～100%，最大产氢量达到39.6 mL H₂/g(COD)·d，对进一步研究开发太阳能光合生物制氢技术有重要的参考价值。     

玉米秸秆厌氧产氢工艺参数优化

为解决玉米秸秆结构致密导致秸秆发酵难于直接降解的问题,首先分别采用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的HCl溶液对其进行预处理,以厌氧活性污泥为接种物进行中温(38℃)发酵产氢试验。结果表明,玉米秸秆的累积产氢量和产氢速率随着盐酸质量分数的增大先增加后降低,0.6%HCl处理效果最佳,单位累积产氢量和产氢速率分别为87.90 m L/g和3.05 m L/(g·h)。再以0.6%HCl溶液预处理的玉米秸秆为底物进行发酵产氢的单因素和正交试验,研究了秸秆粒径、底物浓度、初始p H值对玉米秸秆厌氧发酵产氢过程的影响。结果表明:玉米秸秆粒径越小越利于发酵产氢;适度增加底物浓度可增加产氢量;适宜的发酵初始p H值有利于产氢细菌的生长繁殖;得到较佳的工艺参数组合为秸秆粒径150μm、底物浓度15 g/L、初始p H值为7,此时累积产氢量为112.87 m L/g。     

包埋法固定光合细菌技术对光合产氢能力的影响

研究了不同包埋材料的包埋法固定化光合细菌的产氢能力,结果表明琼脂、海藻酸钠、PVA.硼酸固定光合菌体对光合细菌的产氢量、产氢速率、比产氢速率都有不同程度的提高,海藻酸钠固定化光合菌体对产氢最为有利,比游离态产氢量提高15%～40%,平均产氢速率是游离态产氢速率的1.37倍;琼脂次之,比游离态产氢量提高8%～15%;PVA-硼酸包埋光合细菌产氢能力在前3天内有较好的效果,但随着时间的延长反而不及游离态状态下产氢,72 h以内的产氢量比游离态产氢量提高10%～20%.聚丙烯酰胺包埋光合细菌的产氢量还不到游离态产氢量的60%,所以聚丙烯酰胺不适宜作为光合细菌产氢时的包埋材料.     

光照度对猪粪污水条件下红假单胞菌光合产氢的影响

研究了猪粪污水条件下,光照度对红假单胞菌(Rhodobacter sphaeroides)1.1737菌株进行光合产氢的影响,结果表明球形红假单胞菌的产氢活性随着光照度的增大而增大,在高于1000 lux光照度下比在低于1000 lux光照度下产氢活性显著提高。在1600 lux光照度下产氢速率达到最大,而在1200、1600和2000 lux光照度下产氢量差别相对比较小,说明光照度增加到一定程度后对细菌产氢活性的影响将会逐渐减少,对产氢量和产氢速率的提高无明显作用。     

堆肥预处理温度控制促进麦秸厌氧发酵产沼气

为阐释温度在堆肥预处理影响秸秆厌氧发酵产沼气中的作用,以麦秸为原料,研究堆肥不同升温阶段麦秸的厌氧发酵产气特性,并以麦秸堆肥的温度数据为基础,以灭菌后的麦秸为原料进行模拟堆肥（不同温度处理）,模拟堆肥后的麦秸进行厌氧发酵产沼气。结果表明,在堆温升至55℃前,麦秸干物质（TS）损失率为4.06%,当堆温升至55℃后麦秸TS损失率迅速增加,堆肥10 d后麦秸TS损失率达22.45%;堆肥后麦秸厌氧发酵产气速率并无明显提高,TS产气量随堆肥时间先增加后降低,以堆温升至55℃时麦秸TS产气量最大,为349.92 mL/g,较开始堆肥增加了7.56%,扣除堆肥造成麦秸有机物损失,堆肥预处理对麦秸产气量并无明显促进;当堆温超过55℃以上9 d的麦秸产气量仅为开始堆肥的66.58%。模拟堆肥的结果表明,不同温度处理对麦秸有机物损失、物质组成均有较大影响,模拟堆肥后麦秸半纤维素大幅降低了28.10%,TS产气量随处理温度、处理时间的增加先增加后降低,当处理温度为55℃时获得最大TS产气量,为342.36 mL/g,较未处理提高了8.35%;随着处理温度的提高和处理时间的延长,麦秸TS产气量逐渐降低。以上结果表明,堆肥预处理产生的高温对破坏秸秆物质结构、提高其厌氧生物转化性能有较大影响,当秸秆堆体温度升至55℃时应停止堆肥,进行厌氧发酵产沼气。该文可为堆肥预处理在秸秆沼气工程中应用提供参考。     

具对称电极结构的中温固体氧化物电解池电解水制氢技术

该文基于传统阳极-电解质-阴极结构的固体氧化物电解池,设计并研究了一种新型的具有对称电极结构的固体氧化物电解池。采用化学沉淀法制备了电解质材料Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)-Na_2CO_3(NSDC)以及选择与之兼容性良好的电极材料Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)LiO_(2-δ)(NCAL)。该文利用X射线衍射法与环境扫描电子显微镜对制备的材料进行了性能表征和分析,分析结果表明合成的NSDC粉体材料也为萤石型结构,其粒子大小范围约为30~80 nm。基于制备的电解质材料和电极材料,进一步制备了具有对称电极结构的固体氧化物电解池的单电池。电化学试验结果表明:在电解池模式,单电池具有良好的制氢性能。互换电极后,仍表现出良好的电化学性能。理论分析和试验结果充分说明,该电解池具有良好的结构对称性。为中温固体氧化物电解制氢技术与太阳能光热、光电技术耦合研究提供参考。