厌氧发酵制氢系统及微生物群落结构研究
发布时间：2023-12-02 10:32
在当今世界,能源的发展,能源和环境,是全世界、全人类共同关心的问题,也是我国社会经济发展的重要问题。生物能源作为可再生,污染极小的能源,具有无可比拟的优越性,其中氢气作为一种高能燃料且环境友好的新能源具有重要的应用。有机废水发酵法生物制氢技术具有能源和环保的双重功效,已经成为环境生物技术领域的研究热点之一。利用活性污泥作为菌种进行发酵产氢时,反应系统中的微生物群落结构对产氢效能具有决定性的影响。因此,利用现代分子生物学手段阐明微生物群落结构与产氢效能的关系,确定重要的功能菌群,以期实现高效产氢群落的定向构建和优化,对实现发酵法生物制氢技术的工业化具有重要的理论意义和应用价值。针对乙醇型发酵菌群的研究还处于起步阶段,本实验采用完全混合槽式反应器(CSTR)和内循环厌氧反应器(IC)作为产酸反应器,考察在处理糖蜜废水和啤酒废水时,系统的产氢速率和有机废水的处理效果,在此基础上将废水资源化利用;研究系统基于氢气为目标产物转化率的产能率,并通过对各相液相末端产物组分的研究,从宏观角度判断系统各相底物的转化规律及群落的演替规律。研究产氢发酵系统的生理代谢特征,在于更深入的了解和总结系统反应参数、...
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 生物能源
1.1.1 能源现状
1.1.2 生物能源
1.1.3 生物氢能
1.2 厌氧发酵过程
1.3 厌氧发酵产氢
1.3.1 厌氧发酵产氢原理
1.3.2 厌氧发酵产氢类型
1.3.3 厌氧发酵生物制氢研究现状
1.4 微生物群落
1.4.1 微生物群落的研究意义
1.4.2 产酸发酵微生物
1.4.3 影响产酸发酵微生物的主要生态因子
1.5 研究目的意义与内容
1.5.1 研究目的意义
1.5.2 主要研究内容
1.5.3 研究技术路线
2 试验材料与方法
2.1 连续流反应器
2.1.1 完全混合槽式反应器
2.1.2 内循环厌氧反应器
2.2 发酵底物
2.2.1 糖蜜废水
2.2.2 啤酒废水
2.3 污泥驯化过程
2.4 营养元素添加
2.5 水质分析检测的方法
2.5.1 气相末端产物分析
2.5.2 液相发酵产物分析
2.5.3 污泥性质指标测定
2.5.4 氧化还原电位(ORP)测定
2.5.5 化学需氧量(COD)测定
2.5.6 碱度测定
2.6 微生物群落分析
2.6.1 样品处理与测序
2.6.2 基础分析
2.6.3 微生物丰度指数(Community richness)
2.6.4 微生物多样性(Community diversity)指数
2.6.5 分类学分析
3 CSTR产氢系统的运行参数优化
3.1 不同HRT下系统的建立和运行
3.1.1 不同HRT下CSTR产氢系统的产气状况
3.1.2 不同HRT下CSTR产氢系统的系统运行状况
3.1.3 不同HRT下CSTR产氢系统的发酵状况
3.2 不同OLR下系统的建立和运行
3.2.1 不同OLR下CSTR产氢系统的产气状况
3.2.2 不同OLR下CSTR产氢系统的系统运行状况
3.2.3 发酵类型
3.2.4 底物利用状况
3.3 污泥固定化载体的选择
3.3.1 前言
3.3.2 载体的选择及物理特性
3.3.3 污泥驯化和产氢系统的启动
3.3.4 不同载体CSTR产氢系统的产气状况
3.3.5 不同载体下CSTR产氢系统的系统运行状况
3.3.6 不同载体下CSTR产氢系统的发酵状况
3.3.7 底物利用状况
3.4 本章小结
4 CSTR产氢系统对糖蜜废水的处理和微生物群落结构
4.1 前言
4.2 发酵类型判定
4.3 产气状况
4.4 运行状况
4.5 糖蜜为底物的乙醇型发酵的微生物群落
4.5.1 微生物群落丰富度
4.5.2 微生物分类学分析
4.6 本章小结
5 CSTR产氢系统对啤酒废水的处理和微生物群落结构
5.1 发酵类型的判定
5.2 系统运行状况
5.2.1 产气状况
5.2.2 COD去除状况
5.3 啤酒为底物的CSTR乙醇型发酵的微生物群落分析
5.3.1 微生物群落丰富度和群落多样性
5.3.2 微生物分类学分析
5.4 本章小结
6 IC产氢系统的运行参数优化
6.1 不同HRT下IC产氢系统的优化
6.1.1 IC产氢系统水力停留时间设置
6.1.2 IC产氢系统的产气状况
6.1.3 IC产氢系统的运行状况
6.1.4 IC产氢系统的发酵类型
6.2 不同OLR下IC产氢系统的优化
6.2.1 系统OLR设置
6.2.2 产气状况
6.2.3 运行状况
6.2.4 底物利用状况
6.3 本章小结
7 IC产氢系统对糖蜜废水的处理和微生物群落结构
7.1 IC产氢系统的启动设置
7.2 IC产氢系统发酵类型的判定
7.3 IC产氢系统的产气状况
7.4 IC产氢系统的运行状况
7.5 以糖蜜为底物的乙醇型发酵微生物群落
7.5.1 微生物丰富度分析
7.5.2 微生物分类学分析
7.6 本章小结
8 IC产氢系统对啤酒废水的处理和微生物群落结构
8.1 前言
8.2 产氢系统的产气状况
8.3 IC产氛系统的能量核算
8.4 IC产氢系统的运行状况
8.5 以糖蜜为底物的乙醇型发酵微生物群落分析
8.5.1 微生物丰富度分析
8.5.2 微生物分类学分析
8.6 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3869487
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 生物能源
1.1.1 能源现状
1.1.2 生物能源
1.1.3 生物氢能
1.2 厌氧发酵过程
1.3 厌氧发酵产氢
1.3.1 厌氧发酵产氢原理
1.3.2 厌氧发酵产氢类型
1.3.3 厌氧发酵生物制氢研究现状
1.4 微生物群落
1.4.1 微生物群落的研究意义
1.4.2 产酸发酵微生物
1.4.3 影响产酸发酵微生物的主要生态因子
1.5 研究目的意义与内容
1.5.1 研究目的意义
1.5.2 主要研究内容
1.5.3 研究技术路线
2 试验材料与方法
2.1 连续流反应器
2.1.1 完全混合槽式反应器
2.1.2 内循环厌氧反应器
2.2 发酵底物
2.2.1 糖蜜废水
2.2.2 啤酒废水
2.3 污泥驯化过程
2.4 营养元素添加
2.5 水质分析检测的方法
2.5.1 气相末端产物分析
2.5.2 液相发酵产物分析
2.5.3 污泥性质指标测定
2.5.4 氧化还原电位(ORP)测定
2.5.5 化学需氧量(COD)测定
2.5.6 碱度测定
2.6 微生物群落分析
2.6.1 样品处理与测序
2.6.2 基础分析
2.6.3 微生物丰度指数(Community richness)
2.6.4 微生物多样性(Community diversity)指数
2.6.5 分类学分析
3 CSTR产氢系统的运行参数优化
3.1 不同HRT下系统的建立和运行
3.1.1 不同HRT下CSTR产氢系统的产气状况
3.1.2 不同HRT下CSTR产氢系统的系统运行状况
3.1.3 不同HRT下CSTR产氢系统的发酵状况
3.2 不同OLR下系统的建立和运行
3.2.1 不同OLR下CSTR产氢系统的产气状况
3.2.2 不同OLR下CSTR产氢系统的系统运行状况
3.2.3 发酵类型
3.2.4 底物利用状况
3.3 污泥固定化载体的选择
3.3.1 前言
3.3.2 载体的选择及物理特性
3.3.3 污泥驯化和产氢系统的启动
3.3.4 不同载体CSTR产氢系统的产气状况
3.3.5 不同载体下CSTR产氢系统的系统运行状况
3.3.6 不同载体下CSTR产氢系统的发酵状况
3.3.7 底物利用状况
3.4 本章小结
4 CSTR产氢系统对糖蜜废水的处理和微生物群落结构
4.1 前言
4.2 发酵类型判定
4.3 产气状况
4.4 运行状况
4.5 糖蜜为底物的乙醇型发酵的微生物群落
4.5.1 微生物群落丰富度
4.5.2 微生物分类学分析
4.6 本章小结
5 CSTR产氢系统对啤酒废水的处理和微生物群落结构
5.1 发酵类型的判定
5.2 系统运行状况
5.2.1 产气状况
5.2.2 COD去除状况
5.3 啤酒为底物的CSTR乙醇型发酵的微生物群落分析
5.3.1 微生物群落丰富度和群落多样性
5.3.2 微生物分类学分析
5.4 本章小结
6 IC产氢系统的运行参数优化
6.1 不同HRT下IC产氢系统的优化
6.1.1 IC产氢系统水力停留时间设置
6.1.2 IC产氢系统的产气状况
6.1.3 IC产氢系统的运行状况
6.1.4 IC产氢系统的发酵类型
6.2 不同OLR下IC产氢系统的优化
6.2.1 系统OLR设置
6.2.2 产气状况
6.2.3 运行状况
6.2.4 底物利用状况
6.3 本章小结
7 IC产氢系统对糖蜜废水的处理和微生物群落结构
7.1 IC产氢系统的启动设置
7.2 IC产氢系统发酵类型的判定
7.3 IC产氢系统的产气状况
7.4 IC产氢系统的运行状况
7.5 以糖蜜为底物的乙醇型发酵微生物群落
7.5.1 微生物丰富度分析
7.5.2 微生物分类学分析
7.6 本章小结
8 IC产氢系统对啤酒废水的处理和微生物群落结构
8.1 前言
8.2 产氢系统的产气状况
8.3 IC产氛系统的能量核算
8.4 IC产氢系统的运行状况
8.5 以糖蜜为底物的乙醇型发酵微生物群落分析
8.5.1 微生物丰富度分析
8.5.2 微生物分类学分析
8.6 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3869487
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