固定化包埋细胞颗粒暗发酵及光合产氢与降解特性

发布时间：2020-04-08 13:56

【摘要】： 严重的环境污染和化石燃料的枯竭使当今能源结构面临巨大挑战。氢能是一种清洁的、可再生的、具有巨大潜力的未来能源。生物制氢技术反应条件温和,可以与有机污染物降解耦合起来,完美解决了能源需求和环境保护之间的矛盾。厌氧暗发酵法和光合细菌产氢法是目前是研究较多的两种生物制氢法。固定化细胞包埋技术因其广泛的优点而被引入到生物制氢技术领域,采用该技术可提高制氢反应器单位体积内的生物量,提高反应器内细菌的环境耐受力,提高产氢速率和生物降解速率。针对暗发酵制氢和光合细菌制氢两大生物制氢技术,本文采用细胞固定化包埋技术,制备了两种不同的包埋颗粒,并利用这两种包埋颗粒进行了暗发酵连续流填充床反应器和光合细菌单颗粒反应器的产氢实验。本文的主要研究工作及研究成果如下: 1.实验制备了适合包埋法暗发酵制氢以及光合细菌包埋制氢的两种不同包埋颗粒,并添加活性炭,卡拉胶等添加剂,在保证包埋颗粒的低溶胀性和机械强度的基础上,改善了包埋颗粒的传质性能。引入扩散模型,求解葡萄糖在包埋颗粒内的扩散系数De为9.0×10-5cm2/min。 2.从污泥中筛选培育了一株可产氢的暗发酵细菌。设计、加工、搭建了暗发酵包埋颗粒填充床连续流产氢的实验系统,研究了进口底物浓度,pH值,温度,进口流速对包埋颗粒填充床反应器产氢性能与降解性能的影响。实验结果表明,当底物浓度一定时,进口流速较低时,产氢和降解行为是扩散传质控制过程;当进口流速较高时,则为生化反应控制过程。实验得到该反应器的最佳反应条件为进口底物浓度为0.06 mmol/L,底物溶液pH值为6.0,反应器内温度为35℃,流速为0.000330 m3/h,此时,最高产氢速率达1.659 mmol/L/h。 3.利用本实验室培育筛选的光合细菌沼泽红假单胞菌Rhodoseudomonas palustris CQK 01作为产氢菌种,制作光合细菌单包埋颗粒反应器,并进行了产氢实验。研究得出光照强度,光照波长,pH值,温度,流速等外部环境因子对反应器的产氢速率和降解速率的影响,实验发现,光照强度和波长是影响产氢的重要因素,当光照强度超过7000 lx时,产氢速率下降,出现光抑制现象。实验得到最适合光合包埋颗粒产氢的操作参数为光照波产为590 nm,pH=7.0,温度为30℃,进口底物溶液流速为6.5 mL/h时,产氢速率最高达到0.474 mmol/L。通过黄色LED光源和钨灯的对照产氢实验,显示在同样光照强度下,反应器以LED灯为光源下的光能转化效率(LCE)比钨灯为光源明显较高。这与钨灯红外区较高的辐射能存在联系。 4.在已有实验基础上,建立含有生化反应的包埋颗粒内部质量扩散传输模型,获得了不同工况下包埋颗粒内部的底物浓度分布。结果显示在忽略外部主体溶液的浓度变化以及外扩散阻力的情况下,包埋颗粒内的产氢行为主要为生化反应控制过程,如何进一步发掘提高光合细菌的产氢与降解能力是将来研究的重点方向。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK6;X703

【参考文献】