末端产物对乙醇型发酵菌群产氢能力及代谢进程的影响

利用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)在一定条件下驯化成功的乙醇型产氢发酵菌群,通过静态培养实验,以葡萄糖为碳源,利用缓冲液控制反应体系pH值,通过不同的pH值环境使产氢发酵菌群末端产物生成比例发生改变,考察了不同的末端产物生成比例对菌群产氢能力的影响.结果表明,在液相末端产物总量相当的情况下,乙醇生成比例高时氢气产量也较高.通过外加乙醇和乙酸进行静态产氢实验发现,乙醇对发酵产氢的抑制作用不明显,同对照组相比,外加40 mmol/L时氢气产量仅下降了34%,而乙酸的存在对菌群的发酵产氢有较强的抑制,外加乙酸浓度为10 mmol/L时即对产氢发酵产生明显抑制,浓度为40 mmol/L时产氢量较对照组降低了84.3%,液相末端产物也大幅降低,混合菌群最终形成乙醇型发酵应是菌群自然选择的结果.

产酸相发酵类型的制氢转化规律及比较

以葡萄糖为唯一碳源,通过调节进水基质碱度提高反应器内部pH值,使生物制氢反应器内的发酵类型发生连续转化,重点考察了发酵菌群从乙醇型发酵演替为丁酸型发酵的转化规律,并对液相末端产物、产氢速率、氧化还原电位(ORP)以及生物量的变化进行了比较分析。在进水有机负荷恒定的情况下,乙醇型发酵经15d转化为丁酸型发酵,转化顺序为乙醇型-丙酸型-混合酸型-丁酸型。乙醇型发酵在稳定运行的情况下比产氢速率平均为22mol·kg^(-1)·d^(-1),明显高于丁酸型的12mol·kg^(-1)·d^(-1),丙酸型和混合酸型比产氢速率较低,但酸化率高于乙醇型和丁酸型,酸化率在混合酸发酵时达到最高,为85．6%。从投碱量上看,丁酸型发酵对碱的需求量(NaOH)为乙醇型的7．5倍。反应体系pH和ORP呈现负相关性,由最初的4．2、-476mV转为6．8、-562mV。

CSTR系统发酵产氢细菌群落动态与产氢能力关系解析

将CSTR系统内pH由4.2一次性提高至6.0左右,启动发酵类型的转化,研究了转化过程系统内的产氢动态和细菌群落.结果表明,在有机负荷维持在(33±1)kg/(m3.d)的情况下,发酵类型10d内未发生改变,产氢量8d内未降低,15d后系统内种群由乙醇型转化为丁酸型,进水碱度由250mg/L增至2450mg/L.研究中利用荧光原位杂交技术(FISH)对反应系统内3类微生物群进行监测发现,在转化过程中Clostridium cluster XI数量增加,Clostridium clusterⅠ和Ⅱ数量减少,而Enterobacteriaceae始终存在,变化不明显.种群的消长同反应系统产氢能力的高低存在密切关联,以Clostridium clusterⅠ和Ⅱ占优势的乙醇型发酵具有更佳的产氢能力,平均比产氢速率为23.6mol/(kg·d).