厌氧发酵产氢微生物的研究进展

厌氧发酵法生物制氢在国内外受到了普遍关注, 对产氢起核心作用的微生物又成为了研究的重点课题。论述了厌氧发酵产氢微生物的研究进展, 分别对厌氧产氢细菌的发酵类型、产氢能力、菌种选育、基因改良等进行了介绍, 结合国内外研究现状, 对厌氧发酵产氢微生物研究目前存在的问题进行了总结和展望。     

初始pH值对产氢产乙酸/耗氢产乙酸两段耦合工艺定向生产乙酸的影响

以葡萄糖为底物,以经加热预处理并活化过的厌氧污泥为种泥,研究了初始pH值对产氢产乙酸/耗氢产乙酸两段耦合工艺厌氧发酵定向生产乙酸的影响。实验考察了7个初始pH值(5、6、7、8、9、10、11)条件下的底物降解、产物产生和发酵过程pH值的变化。结果表明:产氢产乙酸段初始pH值的变化不仅影响本阶段产酸,而且影响耗氢产乙酸段产酸。初始pH=5时主要进行乙醇型发酵;pH=6和7时主要进行丁酸型发酵;pH=8时混合酸型发酵类型逐渐占优势,pH=8~11时均以乙酸为主要产物,耦合系统生产乙酸最优初始pH值为10。在初始pH=8~11范围内,产氢产乙酸段初期的乙醇浓度一般较高,但到后期因乙醇被微生物进一步代谢转化成乙酸而使其含量下降。     

厌氧细菌Acetanaerobacterium elongatum从葡萄糖的产氢特性研究

为了了解影响厌氧发酵产氢细菌Acetanaerobacterium elongatumZ7产氢效率的因素,采用生理学方法对其进行了研究。结果表明:乙醇型发酵菌A.elongatumZ7的最适产氢温度为37℃,最适产氢的起始pH为8.0。该菌发酵葡萄糖和阿拉伯糖产氢的能力较强,氢气产率分别为1.55mol H2/mol葡萄糖和1.50mol H2/mol阿拉伯糖。酵母粉是菌株Z7生长和产氢所必须的生长因子;pH影响菌株的生长和葡萄糖利用率;氢压则影响电子流的分配,从而改变代谢产物乙酸和乙醇的比例;当产氢菌与甲烷菌共培养以维持发酵体系低的氢压时,可使氢的理论产量提高约4倍;培养基中乙酸钠浓度>60mmol/L明显抑制产氢。另外,一个只利用蛋白类物质的细菌能够促进菌株Z7对葡萄糖的利用,进而提供氢产量,为生物制氢的工业化生产提供理论参考。     

生物制氢技术的研究现状与发展

氢是一种理想的清洁能源,生物制氢是在新能源的研究利用中占有日趋重要的位置。该文综述了国内外光合产氢和发酵产氢的机理、研究现状及存在的问题,并对其进一步发展进行了分析和展望。     

厌氧产氢微生物研究进展

微生物是生物制氢的核心。本文论述了通过厌氧代谢途径产氢的微生物种类及高效产氢微生物选育和应用的研究趋势, 其中重点论述了中温和嗜热厌氧产氢微生物的产氢能力、底物利用范围及代谢特性, 简述了嗜热一氧化碳营养型产氢菌的种类及代谢特点。     

微生物发酵产氢的影响因素分析*

随着环保要求的愈益严格和化石能源的日益短缺,氢作为清洁高效的可再生能源日益受到人们的重视。微生物发酵产氢可以利用可再生的生物质,符合可持续发展的要求。针对影响微生物发酵产氢的因素,总结了国内外在该领域的研究成果,重点介绍了产氢微生物、营养物、产物和工艺操作条件等方面对发酵产氢的影响,同时还阐述了以有机废弃物为基质时的发酵产氢影响因素。     

厌氧细菌Acetanaerobacterium elongatum从葡萄糖的产氢特性研究

为了了解影响厌氧发酵产氢细菌Acetanaerobacterium elongatum Z7产氢效率的因素,采用生理学方法对其进行了研究。结果表明：乙醇型发酵菌A. elongatum Z7的最适产氢温度为37℃, 最适产氢的起始pH为8.0。该菌发酵葡萄糖和阿拉伯糖产氢的能力较强,氢气产率分别为1.55mol H2/mol葡萄糖和1.50mol H2/mol阿拉伯糖。酵母粉是菌株Z7生长和产氢所必须的生长因子;pH影响菌株的生长和葡萄糖利用率;氢压则影响电子流的分配,从而改变代谢产物乙酸和乙醇的比例;当产氢菌与甲烷菌共培养以维持发酵体系低的氢压时,可使氢的理论产量提高约4倍;培养基中乙酸钠浓度> 60mmol/L明显抑制产氢。另外,一个只利用蛋白类物质的细菌能够促进菌株Z7对葡萄糖的利用,进而提供氢产量,为生物制氢的工业化生产提供理论参考。     

不同预处理条件对海水养殖废弃物发酵产氢的影响

【目的】利用海水养殖场有机废弃物厌氧发酵产氢,可在减少有机污染物的同时获取氢气。【方法】以海水养殖场有机废弃物为底物,比较嗜热酶(S-TE)、酸、碱、灭菌、微波不同预处理方法对厌氧发酵产氢效果的影响,并对发酵过程中底物性质变化[SCOD、可溶性蛋白质、可溶性糖、pH、VFAs(挥发性脂肪酸)和乙醇]进行探讨。【结果】灭菌预处理产氢效果最好,产氢率为22.0 mL/g VSS,酸处理的效果最差,产氢率为7.6 mL/g VSS。可溶性糖大量消耗之后,氢气不再产生。接种S-TE预处理污泥的底物能更多地释放营养物质,并在整个发酵过程中保持较为稳定的pH值。发酵过程中产生的VFAs主要成分是乙酸,在发酵后期出现乙醇。【结论】灭菌预处理是海水养殖场有机废弃物厌氧发酵产氢的最佳预处理方法,可溶性糖为这一过程主要的营养来源。     

产氢菌Enterobacter sp.和Clostridium sp.的分离鉴定及产氢特性

在高温水体中分离得到2株具有较高产氢活性的微生物菌株Z-16和C-32。根据两菌株的16SrDNA序列分析,初步鉴定菌株Z-16为Enterobactersp.,菌株C-32为Clostridiumsp.。研究了起始pH值、反应温度、碳源等对菌株放氢活性的影响。菌株Z-16的最适产氢条件为:反应系统起始pH7·0,反应温度35℃,以蔗糖为产氢底物。在最适条件下,菌株Z-16的氢转化率为2·68molH2/mol蔗糖。菌株C-32的最适产氢条件为:反应系统起始pH8·0,反应温度35℃,以麦芽糖为产氢底物。在最适条件下,菌株C-32的氢转化率为2·71molH2/mol麦芽糖。以葡萄糖为碳源时,菌株Z-16和菌株C-32的氢转化率分别为2·35和2·48molH2/mol葡萄糖。     

产氢菌Enterobacter sp.和Clostridium sp.的分离鉴定及产氢特性

在高温水体中分离得到2株具有较高产氢活性的微生物菌株Z-16和C-32。根据两菌株的16S rDNA序列分析,初步鉴定菌株Z-16为Enterobacter sp.,菌株C-32为Clostridium sp.。研究了起始pH值、反应温度、碳源等对菌株放氢活性的影响。菌株Z-16的最适产氢条件为：反应系统起始pH7.0,反应温度35℃,以蔗糖为产氢底物。在最适条件下,菌株Z-16的氢转化率为2.68mol H₂/mol蔗糖。菌株C-32的最适产氢条件为：反应系统起始pH 8.0,反应温度35℃,以麦芽糖为产氢底物。在最适条件下,菌株C-32的氢转化率为2.71mol H₂/mol 麦芽糖。以葡萄糖为碳源时,菌株Z-16和菌株C-32的氢转化率分别为2.35和2.48mol H₂/mol葡萄糖。     

微生物培养技术研究进展

微生物在自然界中分布广、种类多、资源丰富,绝大多数在现有条件下还不能被培养。了解微生物新的培养技术,提高微生物可培养性具有重要意义。文章就微生物不易培养的主要原因及改进微生物培养条件、设计开发新型微生物培养技术等方面进行了综述,旨在为微生物资源的开发利用提供借鉴。     

生物成因煤层气的研究现状

煤层气是煤层中自生自储的以甲烷为主的气体,是一种新型清洁能源和优质化工原料。而生物成因煤层气是可开采的主要煤层气,关于生物成因煤层气的研究在煤层资源利用方面有着重要的意义。本文对生物成因煤层气煤地质微生物、生物煤层气增采实验方法、成气影响因素及生成机理进行了综述,并通过总结前人的研究成果,对生物成因煤层气成气基质类型、本源微生物特别是甲烷菌的代谢过程及条件、成气过程的实验模拟等未来研究方向进行了展望。     

微生物降解秸秆木质素的研究进展

我国秸秆资源丰富，每年产生逾8亿t作物秸秆。通过秸秆直接还田或肥料化还田不仅可以减少化肥的施用量，缓解农业污染压力，还能实现农作物秸秆的循环利用。木质素结构复杂，且与纤维素和半纤维素相互缠绕，因此秸秆的自然腐解过程中，木质素是主要的限速因子，为了提高降解效率，木质素降解菌的发掘和降解机制也逐渐成为研究热点。本文综述了降解木质素的真菌和细菌的研究现状，对比其真菌和细菌降解特性的优缺点并分析复合降解菌群的优势。随后对木质素降解酶系的酶学性质、在不同微生物中的表达特性进行总结，对木质素降解机制及衍生芳烃代谢路径的研究进展进行综述。最后整理木质素降解微生物在秸秆肥料化技术中的应用进展，并探讨了微生物降解秸秆木质素的应用前景和未来的研究方向。     

黄酒酒曲微生物及其代谢产物的研究进展

黄酒发酵过程中的微生物主要来源于酒曲的添加,这些微生物的相互作用以及代谢产物对黄酒的品质和风格具有重要作用。本文在检索近年来黄酒酒曲微生物研究相关文献资料的基础上,综述了黄酒酒曲中细菌、真菌的多样性,制曲过程中微生物的动态变化,酒曲中主要微生物的代谢产物对黄酒品质的作用以及微生物代谢产生安全风险类物质的研究现状,并对今后的研究工作进行了展望,旨在为黄酒微生物的深入研究提供参考。     

聚磷生物膜法磷回收研究进展

从污水中回收磷已经成为当前污水全面资源化研究领域的重要研究方向之一,聚磷生物膜法磷回收工艺因其在节省碳源、简化回收流程、提高回收效果、污泥减量化等方面的潜力,成为该领域的重要技术手段和研究热点。本文着重介绍了聚磷生物膜法磷回收的基本原理、功能微生物及其代谢特征;详细梳理了生物膜法磷回收工艺不同模式的回收思路,综合分析了不同工艺模式的技术特征和磷回收效果。此外,对聚磷生物膜系统微生物及其代谢的研究方法与技术进行了整理。文章在综合分析聚磷生物膜法磷回收研究现状的基础上,对该技术的应用前景进行了宏观展望,以期为开展聚磷生物膜法磷回收的基础研究和技术开发提供支撑。     

水生生态系统中金属依赖型甲烷厌氧氧化过程的研究进展

甲烷是一种比CO_2更活跃的温室气体,微生物驱动的甲烷厌氧氧化(anaerobicoxidationof methane,AOM)过程对于降低全球甲烷的排放有着重要意义。参与AOM反应的最终电子受体主要分为三类,即硫酸盐、亚硝酸盐/硝酸盐以及以Fe(III)、Mn(IV)等为代表的金属离子。可溶性金属物质和不溶性金属矿物都可以被用作AOM的电子受体,这大大提高了参与金属依赖型甲烷厌氧氧化(metal-dependent anaerobic oxidation of methane,Metal-AOM)微生物的生态价值。目前研究聚焦在功能菌群、生态分布等方面。部分甲烷厌氧氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)具有直接或间接参与Metal-AOM过程的能力。但由于功能菌群纯化富集和分离具有一定难度,有关其生理生化和生态学等特征的研究受到限制。同时,随着Metal-AOM被发现存在于不同水生生境中,其在污染治理领域的应用也被广泛讨论,但是河口生境尚缺乏深入研究。本文从Metal-AOM的发现入手,阐述了参与该过程的主要微生物及其在水域环境下的生态分布,并介绍了Metal-AOM的反应机制和在实际应用中的机遇与挑战。最后,根据现有研究结果,提出对功能菌群、机制及环保应用的研究展望,包括微生物分离纯化和影响因素、菌群代谢活性和作用机制的解析以及新型生产工艺的设计和发展应用,以期为今后的环境污染治理和工业应用提供借鉴意义。     

营养及水力条件影响光合细菌生物膜生长特性实验

对平板式生物膜反应器内,流量及底物浓度范围分别为37.8~1080ml/h、0.05~10g/L的不同生长条件下光合产氢细菌生物膜生长特性进行了实验研究,讨论了不同水力及营养条件对沼泽红假单胞菌生物膜表面覆盖率、膜厚、干重和密度的影响。实验结果表明,不同水力及营养条件对生物膜生长速率及结构具有重要影响。在相同的时间间隔内,在高流速条件下光合细菌菌落生长较快,但过高的液体流速会导致部分生物膜脱落;高流速条件易使生物膜形成薄而致密的结构。光合细菌生物膜在循环液底物浓度较高时生长较快,密度也最高;而贫营养条件可以促成结构疏松生物膜在固液界面的形成,这种生物膜结构有利于微生物在低底物浓度条件下底物在生物膜内的传输。     

海洋固氮微生物与环境因子关系综述

海洋微生物的固氮作用是海洋氮素循环中一个关键的环节,对海洋生态系统的氮素供给和初级生产力的提高有着重要的意义。本文从海洋生物固氮的研究历史着手,详述了海洋固氮微生物的多样性及固氮活性研究方法,同时从环境因子的角度,总结了CO2浓度、季节变化、营养盐浓度、污染物及生物物种等环境因子对固氮微生物固氮活性的影响,并对海洋固氮微生物的研究前景进行了展望。