木质纤维素生物转化产氢技术现状与发展趋势

氢能是一种清洁能源,利用木质纤维素类生物质生产氢气,在生产可再生绿色能源的同时,避免了木质纤维素资源未被充分利用而造成的环境污染和资源浪费,它的开发与应用对人类未来能源与经济发展具有十分重要意义。以下综述了木质纤维素生物转化产氢技术的研究现状,提出了木质纤维素生物转化产氢的总体构想与对产业发展方向的建议。     

厌氧发酵产氢细菌的筛选及其产氢优化

本研究以河底泥为来源, 使用产氢培养基进行初筛, 再利用小管产氢试验进行复筛, 得到5株产氢能力较好的菌株。对产氢量最高的菌株FML-C1进行16S rDNA序列分析, 鉴定为阴沟肠杆菌, 确定了其分类地位。培养基优化采用Plackett-Burman试验设计筛选出影响产氢的3个主要因素: 葡萄糖、缓冲液和还原剂。利用最陡爬坡路径逼近最大响应区, 采用中心复合试验设计(CCD)及响应面分析法(RSM)进行回归分析, 建立产氢培养基优化的二次模型。模型求解产氢最佳培养基为葡萄糖21.5 g/L、缓冲液 13.6 mL/L 和还原剂10.0 mL/L, 最大理论产氢量2367.83 mL/L。5批验证试验结果平均值与预测值接近, 表明该模型与实际情况拟合良好, 实际最大产氢量2347.40 mL/L, 较优化前产氢量提高127.42%。     

利用餐厨垃圾循环半连续厌氧发酵产氢研究

利用餐厨垃圾采用半连续厌氧发酵进行产氢的研究。实验结果表明以高温(100℃)预处理15 min的厌氧活性污泥为种泥,在温度37℃,pH 6.0左右,较宽的稀释率(1.0~4.0 d-1)范围内,均能较好的实现厌氧发酵产氢。在稀释率D=2.4 d-1下,流出液中乙醇、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的质量分数分别为5.6%、29.6%、5.4%、58.5%和0.9%,产氢过程属于典型的丁酸型发酵,最终氢气的体积分数可达60%,氢气的产生速率为5.49 m3/(m3.d)。将厌氧发酵液相产物作为稀释液返回到反应器中,反应器的产氢能力大幅度的提高,当回流比R=0.8时,最大产氢速率可达10.9 m3/(m3.d),最终氢气的含量可达65%,厌氧发酵反应器的产氢能力提高了约130%。     

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。     

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。     

高浓度有机质驯化活性污泥对比产生氢率的影响

利用驯化的活性污泥降解蔗糖制取氢气,设计了间歇浓度梯度驯化方案,驯化后不同来源活性污泥的糖代谢速率和产氢速率均有显著提高,使初始含糖量为76～84g/L(实际约6 6kgCOD/m3 ·d)培养液的比产氢率超过了含糖4 0g/L的低浓度培养液的比产氢率而无抑制现象。其中啤酒厂厌氧活性污泥、啤酒厂排污处污泥及南京城市排水沟污泥的蔗糖消耗率均达到85 %以上;比产氢率分别达2 2 4、2 35和2 14molH2 /mol蔗糖。揭示了高浓度有机质的活性污泥间歇浓度梯度驯化过程中糖代谢速率和产氢能力的演变规律,其适用于相当多的驯化活性活泥降解高浓度有机废液,以提高单位产氢能力。     

纤维素分解菌对不同纤维素类物质的分解作用

经过CMC平板、滤纸液化和摇瓶培养试验 ,发现 6株菌中 ,产黄纤维单胞菌 (CellulomonasFlav igena)和康氏木霉 (Trichodermakonigii)分解纤维素类物质的能力比较强 ,对来源不同的纤维素类物质分解能力差异很大 ;真菌与细菌一起接种时 ,分解纤维素类物质的速度明显高于其中任何一个单一菌株 ,说明纤维素类物质的分解需要多种微生物的联合作用     

有机溶剂对污泥厌氧发酵产酸的影响

有机酸是重要的化工原料,从市政污泥厌氧发酵过程提取有机酸、用于生产高附加值的产品可以实现废物资源化,本研究在确定最佳有机溶剂和萃取剂的基础上,考察了有机溶剂对城市污泥厌氧发酵生产有机酸的影响.结果表明,较合适的溶剂和萃取剂分别为磺化煤油和三烷基氧膦.少量磺化煤油对城市污泥发酵产生产有机酸有一定促进作用.     

产纤维素体菌厌氧降解纤维素制乙醇的研究进展

纤维素(植物细胞壁的主要成分)是自然界最丰富的一种可再生资源,但是极难降解利用。纤维素体是一种多酶复合体,能够高效降解纤维素,降解产物能够被某些厌氧微生物利用发酵产乙醇。综述了近年来产纤维素体菌厌氧降解纤维素制乙醇的研究进展,报道了纤维素体结构和功能、重组设计型纤维素体、代谢工程、混菌培养等研究方向的最新成果和思路,并对其前景作了展望。可以预期,随着研究的深入,生物质制乙醇必将日益显示出其强大的市场竞争力。     

产氢菌的分离鉴定及其产氢特性研究

从河底污泥中分离到一株产氢菌,通过16S rDNA序列和系统发育分析,鉴定为克雷伯氏菌属,命名为Klebsiella sp. HQ-3.运用单因子试验考察了摇瓶发酵培养基中碳源、氮源、无机盐等因素对克雷伯氏菌HQ-3发酵产氢的影响,并对其产氢特性做了初步研究.结果表明,克雷伯氏HQ-3在葡萄糖浓度为24 g/L,蛋白胨为18 g/ L,KH2PO4为 8g/ L时具有较高产氢量,其最佳产氢初始pH为8.0左右.     

厌氧发酵法生物制氢的研究现状和发展前景

氢气是一种理想的能源,具有转化率高、可再生和无污染等优点。与传统制氢方法相比,生物制氢技术的能耗低,对环境无害,其中的厌氧发酵生物制氢已经越来越受到人们的重视。本文主要介绍了厌氧发酵生物制氢技术的方法和机理,分析了生物制氢的可行性,结合国内外研究现状提出了未来的发展方向。     

种泥预处理和发酵温度对暗发酵产氢的影响研究进展

生物质暗发酵产氢不仅可以处理有机废物,同时可以获得清洁能源,实现了废物资源化利用。然而产氢种泥中大量耗氢菌的存在会导致暗发酵氢气产量低等问题,因此种泥预处理是暗发酵产氢的必需条件。随着暗发酵产氢基质的多样化,产氢种泥的预处理方法也不断发展。对近十年来产氢种泥预处理方法的发展进行了综述,并且结合发酵温度,讨论了种泥预处理方法和发酵温度两方面条件对暗发酵产氢的影响,并对该研究方向提出了展望,以期为后续暗发酵产氢的进一步研究提供参考。     

Effects of Formate on Fermentative Hydrogen Production by Enterobacter aerogenes

This paper describes the effects of formate on fermentative hydrogen production by Enterobacter aerogenes by way of batch culture. When 20 mM formate was added to pH 6.3 and pH 5.8 E. aerogenes glucose cultures (formate culture) at the beginning of cultivation, hydrogen evolution through both glucose consumption and decomposition of the extrinsic formate occurred together, while hydrogen evolution occurred only through glucose consumption in the control cultures. The hydrogen evolution rates in the formate cultures were faster than in the control cultures, although cell growth and glucose consumption rates in the formate cultures were slower than the control cultures’. The decomposition rate of the extrinsic formate in the pH 5.8 formate culture was faster than in the pH 6.3 fomiate culture. The hydrogen yield from glucose in the pH 6.3 formate culture increased due to the increasing amount of the nicotinamide adenine dinucleotide for hydrogen production.     

生物制氢技术的研究进展

氢是一种理想的清洁能源 ,生物制氢在新能源的研究利用中占有日趋重要的位置。目前采用的生物制氢技术成本较高 ,使用价格低廉、来源丰富的原料是降低其成本的一条重要途径 ,利用生物质 ,尤其是纤维素类物质制氢是新的发展方向。综述了与微生物制氢有关的酶的作用机制 ,相关菌类的产氢机理及研究进展。     

城市污泥中邻苯二甲酸酯(PAEs)的厌氧微生物降解

邻苯二甲酸酯(PAEs)是城市污泥中普遍存在的一类具有内分泌干扰性作用的有机污染物.研究污泥厌氧生物处理过程中PAEs的微生物降解对保障污泥农用的安全性十分必要.本文以污泥中两种主要的PAEs——邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸(2-乙基己)酯(DEHP)为研究对象,通过比较PAEs在污泥厌氧消化系统与发酵产氢系统中降解过程的差异及系统污泥特性的变化,分析不同污泥厌氧生物处理系统中影响PAEs降解的可能因素.结果表明: 在污泥厌氧发酵系统中,DBP在6 d内降解率达99.6%, DEHP在整个14 d的培养期间也降解了46.1%;在发酵产氢系统中,在14 d培养过程DBP的降解率仅为19.5%,DEHP则没有明显的降解.与厌氧消化系统相比,PAEs在发酵产氢系统中的降解受到明显抑制,这与发酵产氢过程中微生物量下降、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G⁺/G^-)和真菌/细菌变小及挥发性脂肪酸(包括乙酸、丙酸及丁酸)浓度升高有关.     

Evaluation of pretreatment methods on mixed inoculum for both batch and continuous thermophilic biohydrogen production from cassava stillage

Anaerobic sludges, pretreated by chloroform, base, acid, heat and loading-shock, as well as untreated sludge were evaluated for their thermophilic fermentative hydrogen-producing characters from cassava stillage in both batch and continuous experiments. Results showed that the highest hydrogen production was obtained by untreated sludge and there were significant differences (p < 0.05) in hydrogen yields (varied from 32.9 to 65.3 mlH₂/gVS) among the tested pretreatment methods in batch experiments. However, the differences in hydrogen yields disappeared in continuous experiments, which indicated the pretreatment methods had only short-term effects on the hydrogen production. Further study showed that alkalinity was a crucial parameter influencing the fermentation process. When the influent was adjusted to pH 6 by NaHCO₃ instead of NaOH, the hydrogen yield increased from about 40 to 52 mlH₂/gVS in all the experiments. Therefore, pretreatment of anaerobic sludge is unnecessary for practical thermophilic fermentative hydrogen production from cassava stillage.     

生物强化污泥厌氧发酵产酸研究进展*

污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸相较产甲烷,是更具应用价值的污泥稳定途径及资源化利用方式,得到国内外学者的普遍重视。考虑到产酸量低和产酸过程的不稳定性是限制污泥发酵产酸的主要问题,采用生物强化方法实现挥发性脂肪酸的大量积累,与物理和化学方法相比,具有成本低、无二次污染等优点。根据生物强化制剂的类型,归纳了微生物纯培养物、微生物混合培养物及生物酶强化对污泥厌氧发酵产酸的影响,并在此基础上对生物强化技术控制污泥定向产酸、调控奇偶数碳比率等方面的应用进行讨论。此外,分析了影响挥发性脂肪酸产量和组分的因素,如pH、温度、底物、水力停留时间和污泥龄等。最后对生物强化技术的发展方向进行了展望,以期为深入探究污泥资源化利用提供借鉴。     

氯仿处理厌氧污泥发酵制氢中微生物多样性的解析

研究了不同浓度氯仿对厌氧污泥产氢及其微生物多样性的影响。在氯仿浓度为0.050%时,累积氢、氢气产率、VFA和总糖降解率均达到最大,分别为639mL、1.71molH2/mol消耗葡萄糖、2880mg/L和85%。利用PCR-DGGE技术对不同浓度氯仿处理的污泥样品中微生物多样性和种群结构进行分析显示,4个细菌克隆属于Clostridia,2个细菌克隆分别属于Acidobacteria和δ-proteobacteria,其他4个均属于不可培养细菌。Clostridia中的4个菌群均属产氢菌群,条带7中含有的细菌可能属于HPB。发酵产氢后的污泥样品C3(氯仿浓度=0.05%)中细菌类型主要有:Megasphaera sueciensis、Megasphaera paucivorans、Clostridium cellulosi、Clostridium sp.和不可培养细菌,为最适产氢群落结构。     

沙棘对中国亚湿润干旱区的杨树人工林生长与生产力的影响(英文)

通过将沙棘(Hippophae rhamnoides L．)与3种杨树品种(小黑杨(Populus cv.“Xiaohei”),昭林6号杨(P．cv．“Zhaolin06”)和欧美杨64号(P．euramericane cv．“N3016”))的人工林分别按株混和行混两种方式进行混交实验,研究了固氮植物沙棘对亚湿润干旱区的杨树人工林生长和生产力的影响。研究结果表明：无论哪一种杨树品种或混交方式,沙棘与杨树混交后能显著地增加杨树人工林的生长量,林分平均胸径增加6％～38％,林分平均高增加8％～23％。在株混方式中,杨树地上部生物量大于杨树纯林的地上部生物量。但是在行混方式中,呈现相反的规律,这是由于行混方式中单位面积的杨树株数少。无论哪一种杨树品种或混交方式,杨树与沙棘混交林的地上部净生产力大于杨树纯林的地上部生产力。在株混和行混两种方式中,沙棘占总地上部净生产力的比例分别为20％和41％,但草本植物所占的比重很小。