导读:本文包含了产氢效能论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:固定化,复合菌种,生物制氢,连续发酵
产氢效能论文文献综述
马志红[1]（2017）在《复合菌种固定化协同产氢效能及机理研究》一文中研究指出基于化石燃料的不可再生性以及可持续发展战略,越来越多的科学家开发生物能源以代替化石燃料,其中氢能以其燃烧热值高、副产物只有水的优势脱颖而出。生物制氢技术结合了有机废水处理以及清洁能源两大优势,是一种低成本、低污染的技术。本文将生物制氢技术与固定化技术相结合,将从活性污泥中筛选分离出的两株产氢菌Bacillus cereus A1和Brevumdimonas naejangsanensis B1进行混合固定化产氢。首先研究了叁种天然材料活性炭1、活性炭2、玉米秸秆固定复合菌的产氢效能,得到最佳载体为玉米秸秆,其菌体负载量达到90.4 mg·g-1,产氢得率达到1.86 mol H2·(mol glucose)-1。为了提高批次发酵产氢效能,优化了载体投放量、固定化模式、载体预处理以及pH调控。实验结果表明,以1%的未处理的玉米秸秆为载体,采用分别固定化模式,将pH调控在4.5时批次发酵产氢效能最佳,此时的产氢得率为1.97 mol H2·(mol glucose)-1,是游离体系的1.4倍。最后为了实现连续发酵制氢,本文考察了不同水力停留时间(144 h、96h、48h)对半连续发酵的影响,HRT=48h时,体系可以持续稳定运行20天以上,并且产氢效率最高。所以选取HRT=48h进行两级连续发酵,实验结果显示,该体系可稳定运行18d以上,产氢量达到400 mL·d-1,为实现复合菌种固定化连续发酵奠定基础。(本文来源于《北京化工大学》期刊2017-05-14）
何泽[2]（2016）在《不同发酵制氢工艺控制条件优化及产氢效能》一文中研究指出面对矿质能源过度开采利用和木质纤维素生物质资源严重浪费所引发的能源危机和日益严重的环境污染问题,木质纤维素生物转化产氢研究逐渐成为生物和能源领域的热点方向。然而,传统的木质纤维素生物转化产氢技术有着工艺流程复杂、发酵周期长和水解过程产生抑制物较多等缺点。菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M18能直接利用包含在木质纤维素里的半纤维素和纤维素,而不需要任何的水解过程,可极大地简化工艺流程,节省水解糖化过程的成本,同时也避免了水解抑制物的产生。因此,本课题以T.thermosaccharolyticum M18为高效菌株,对两种不同的纤维素发酵制氢工艺进行研究。首先,通过对菌株M18利用纤维素发酵产氢条件的优化,确定分批发酵工艺的最佳操作参数,提高底物转化效率和产氢效能;然后,在厌氧序批式反应器(ASBR)中,对菌株M18直接降解纤维素产氢(CBP)的半连续流发酵工艺进行初步地探索和研究,得到反应器运行的最优控制条件。最后,通过对比两种发酵的工艺的产氢效能,提出木质纤维素生物转化产氢的最佳工艺策略。根据分批发酵工艺参数优化的实验结果,菌株T.thermosaccharolyticum M18降解纤维素产氢的最佳接种量为8.0%、初始pH为7.5,Mg2+浓度0.4g/L。在碳源和氮源的优化实验中,采用修正的Gompertz方程对M18在不同纤维素底物和酵母浸粉浓度时的产氢动力学进行分析。结果表明,当碳源和氮源浓度过低时,M18产氢延滞期较长,发酵延续时间短,产氢量低;但是浓度过高,生长代谢过快,产生大量末端副产物,对产氢过程造成抑制。由响应曲面法分析结果可知,最佳的微晶纤维素和酵母浸粉浓度分别为6.2g/L和2.8g/L。经优化后,菌株M18降解纤维素产氢的能力得到了提高。经72h的发酵,累积产氢量达到42.21mmol/L,平均产氢速率为0.589mmol·L~(-1)·h~(-1)(14.40 mL·L~(-1)·h~(-1)),比未优化前分别提高了16.47%和17.1%。在ASBR-半连续流发酵工艺中,反应器运行的最佳参数为:搅拌速率120rpm/min、进料量1000mL(投料比2/3)、HRT为54h(进料15min,反应35h,沉淀30min,排料15min)、进料pH8.5。在最优条件下,每一周期(36h)平均氢气产量为755.56mL H2/L,纤维素底物的利用率为74.72%。其相应的平均氢气产生速率为20.99mL·L~(-1)·h~(-1),要比分批发酵工艺高出45.74%,说明ASBR-半连续流发酵工艺可以有效提高产氢速率,缩短发酵时间。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2016-06-01）
赵佳怡[3]（2016）在《金属空气电池-MEC耦合系统处理养猪废水及产氢效能研究》一文中研究指出养猪废水含有高有机物、高氨氮、高悬浮物,属于难降解的有机废水,并且出水中带有许多病菌,直接排放或是未达标排放会严重危害生态环境和人类健康。目前在我国,养猪废水的处理技术效率低,且造价较高,大多数的废水并不能得到合理处理达标排放。针对这种高浓度废水,目前还未找到经济有效的处理方法。微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC)作为一项高新技术,不仅可利用环境中广泛存在的废弃物,甚至可以高浓度废水作为原料,降解了废水中有机物的同时,产生了氢气,还生成了一些其它有价值的产物,处理了污染物的同时实现了能源回收,且属于低能耗设备。而金属空气电池作为一类有前途的动力能源,是一种新型的燃料电池,比能量高、成本低、寿命长。若以铝或铁作为电池阳极,不仅可以产生较高的电能,还可以在电池反应的过程中产生絮凝剂,对废水有一定的处理效果。实验以Cubic反应器为基础,首先构成了铝/铁-金属空气电池结构,对不同的条件进行优化。考察电池放电性能,实验结果表明电解液NaCl浓度为35 g/L,溶液pH在7左右,电路连入小电阻时,电池的性能效果最好,周期较长。铁电池能够获得更高的电势,铝电池放电反应更快。同时考察不同条件下产生絮凝剂的最优参数,并对养猪废水进行絮凝预处理。在最佳条件下,电絮凝对养猪废水COD、氨氮、SS和浊度的去除率分别可达到61%、41%、52%、55%。考察不同MEC的启动方式,以最优条件下的金属空气电池提供电压,驱动MEC反应器,对底物养猪废水进行处理。通过检测出水的COD以及对产生气体的成分分析,同时结合高通量测序技术,对不同微生物电解池中功能菌群和机制进行初步研究。结果表明双铁电池-MEC反应器对废水的处理效果最佳,稀释过的废水COD可降低到300 mg/L,未稀释废水COD最终降到360 mg/L,氢气回收率分别达到36.14%和18.46%,能量效率分别达到94%和80%。直接启动的MEC和双电池供电的MEC产氢效能较高,在反应器中均含有较多的产电微生物菌落和相似的菌群结构,与反应器表现出的性能差异相似,即其运行效能与反应器中生物群落的结构存在着密切的关系。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2016-06-01）
孙睿[4]（2015）在《MEC用于剩余污泥产氢产甲烷效能及微生物群落结构解析》一文中研究指出城市污水处理厂产生了大量的剩余污泥,需要及时处理和处置,如不进行合理利用,不仅是一种资源的浪费而且将会造成污染。如何在处置污泥的同时又能有效地将其作为一种资源被利用将是今后污泥处理技术发展的方向。本研究采用优化的污泥预处理方法、经微生物电解池(MEC)系统和接种微生物的MEC来处理剩余污泥,打破了厌氧发酵处理剩余污泥不能有效利用蛋白质的瓶颈,以及丙酸积累对消化过程的抑制,同时在微生物群落结构上加以解析,该方法提高了剩余污泥的处理效能,为剩余污泥的资源化利用提出了新的途径。通过提高剩余污泥中可溶性物质的含量,达到提高其处理效果,试验对几种预处理前后剩余污泥的各项指标进行分析,最终选择了简便易行,运行成本相对较低的碱预处理剩余污泥的方法,并通过试验确定了碱的最适投加量为7.27±0.35mg NaOH/g VSS(即pH值为12)。试验结果表明,碱处理剩余污泥的最大甲烷产量及甲烷含量分别为362.2 mL/L·d和68.7%,产能效果显着高于未处理污泥。同时,碱处理污泥VSS的去除率也由原始的61.5±2.0%升高到了76.4±0.5%,蛋白的去除量由原始的4830±480 mg/L升高到6530±430 mg/L,污泥处理效能显着提高。碱处理组与未处理组污泥比较,微生物群落结构均有较大差别。从细菌门的分类来看,未处理剩余污泥实验组的测序结果是Nitrospirae最多,Proteobacteria和Firmicutes其次；碱处理的则是Chloroflexi最多,Firmicutes其次。而从细菌属的分类来看,碱处理组和未处理组都是lamia最多。但未处理组是Rhodobacter其次；碱处理是Petrimonas其次。古菌的微生物群落则是完全不同。未处理剩余污泥的古菌群落中是Methanosaeta最多占总数的将近一半；而碱处理剩余污泥则是Methanosarcina最多,占总古菌的一半以上。微生物群落结构的差异是未处理与碱处理的剩余污泥厌氧发酵的效果不同的重要原因。采用厌氧发酵法处理剩余污泥时,有大量的蛋白类有机物不能被充分降解和利用,本研究便将MEC用于处理剩余污泥,以碱处理和未处理污泥作为对比,并将污泥样品分别与PBS缓冲液按不同比例混合,得到不同浓度的污泥溶液,当污泥浓度为16g COD/L时,利用MEC处理剩余污泥碱处理组氢气的产量和产率分别为14.22±0.39 mg-H2/g-VSS和0.47±0.02 m3-H2/m3d,并且碱处理组污泥氢气产量占总气体量的57.38%。MEC处理剩余污泥碱处理组甲烷的产量和产率分别为92.38±2.63 mg-CH4/g-VSS和0.235±0.005 m3-CH4/m3·d。在污泥浓度为16g COD/L的条件下,MEC用于剩余污泥产氢和产甲烷的能力得到提高。从微生物群落结构解析来看,利用MEC处理剩余污泥细菌群落的优势菌属为Geobacter和Petrimonas。而从古菌属的水平上来看,在MEC系统中的优势古菌为Methanomicrobia中的Methanocorpusculum,其次是Methanosaeta,尤其是Methanocorpusculum在碱处理的条件下较多,这说明该菌属适宜在碱性条件下存活。本研究为了更好的处理剩余污泥采用了接种微生物MEC的方法处理剩余污泥,分别接种了利用传统厌氧发酵法处理剩余污泥时产甲烷效果较好的污泥,并用UASB工艺下处理丙酸合成废水时产氢效果较好的污泥来对MEC系统进行强化产氢和产甲烷。其结果是当污泥浓度为15g COD/L时,碱处理组氢气的产量为33.40±1.30mg-H2/g-VSS,甲烷产量为309.43±0.85 mg-CH4/g-VSS,都分别高于利用MEC处理剩余污泥。在利用接种微生物MEC处理剩余污泥时,除氢气和甲烷的产量和产率外,污泥TCOD、蛋白,以及各固体指标的去除率都得到了强化。从微生物群落结构来看,细菌主要是集中在Proteobacteria,Firmicute口Bacteroidetes等叁个菌门,而从细菌属水平来看,是Deltaproteobacteria中的Geobacter和Desulfuromonas为主要的微生物。这些微生物除与污泥减量相关外,还与生物电化学系统中电流的产生有关。而从古菌的微生物群落结构看主要还是Methanosaeta与Methanocorpusculum占绝对优势,表明嗜氢型产甲烷菌通过间接电子转移途径产甲烷。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2015-03-01）
孟昭辉[5]（2014）在《超声—臭氧溶胞回流AAO工艺效能强化及剩余污泥产氢》一文中研究指出剩余污泥的大量产生与排放严重威胁着人们的生存环境。针对目前传统活性污泥法污水处理工艺中大量产生剩余污泥的问题,以污水“达标化”为基础,污泥“减量化”为重点,以“资源化”作为发展目标,使污水处理过程更有效,剩余污泥实现减量化和资源化相统一,符合我国环境保护的重要需求。针对AAO工艺在厌氧段需要外碳源补充进行有效脱氮、系统排放污泥量较大以及剩余污泥资源化能源化利用低等问题,本文在分析单独超声、单独臭氧细胞破解方法的局限性基础上,采用超声-臭氧联合污泥溶胞技术,着重研究了超声-臭氧联合作用对AAO工艺污水处理及污泥过程减量效果的影响,提出了强化污水处理及污泥减量的调控策略。采用高通量测序等手段,解析了超声-臭氧破解液回流的AAO工艺微生物群落结构对系统强化污水脱氮除磷效果的响应及种群互作的生物学机制。同时利用系统排放的剩余污泥,进行生物制氢研究。考察了利用低强度超声处理产氢接种污泥后,接种污泥中产氢菌的氢化酶催化活性的变化。分析了对AAO剩余污泥作为底物进行臭氧、超声和超声-臭氧联合预处理,对生物制氢体系产氢效能的影响。超声-臭氧联合预处理对污泥溶胞效率的影响试验结果表明,当超声声能密度和臭氧投加量分别为1.42 W/m L和0.16 g-O3/g-TS时,可以达到最大污泥减量率39.9%和最大污泥溶胞率61.7%。试验结果表明,超声-臭氧联合预处理有效地提高了污泥的溶胞率,既有利于污泥减量,有利于碳源的再利用。将优化的超声-臭氧联合预处理参数用于连续流运行试验,以生活污水为处理对象,启动了超声-臭氧溶胞液回流的AAO工艺,强化了污水处理过程中碳氮磷的去除及污泥减量的效果。试验表明,当工艺的污泥回流比为60%时,系统可以达到最佳污泥减量率47.0%、最佳COD去除率91.0%、最佳总氮去除率84.9%及最佳总磷去除率78.0%。与未经破解液回流的AAO工艺相比,超声-臭氧工艺在保障出水COD达标的同时,成功地实现了强化污水脱氮除磷和污泥原位减量化的效果。超声-臭氧污泥污泥溶胞破解液回流至AAO主反应系统,使其可溶性碳源、氮源在一定程度上均有所增加,弥补了系统碳源不足的缺陷。采用454焦磷酸高通量测序手段,从微生物群落和结构角度证明,以超声-臭氧破解液回流的AAO工艺中的微生物群落的多样性高于传统AAO工艺中污泥样品的微生物群落,保障了系统高效的运行。超声-臭氧破解液回流AAO工艺系统中,β-Proteobacteria及γ-Proteobacteria含量均高于未进行破解液回流的系统,可见,超声-臭氧溶胞回流的AAO工艺系统选择性富集了具有脱氮除磷作用的微生物,从而强化了污水的脱氮除磷效果。有效解决了现有污泥过程减量系统中出水氮磷含量偏高的问题。采用微电极系统,进行了利用低强度超声处理促进对污泥中产氢氢化酶活性的影响的试验,结果表明,低强度超声的施加,有助于加速产氢微生物细胞的增长并促进微生物的合成代谢。经低强度超声处理后,可以得到最大产氢量为13.0 m L-H2/g-TS(20 h),与接种未经低强度超声处理的污泥相比,产氢量提高了18%(26 h时产氢量达到最大值为10.7 m L-H2/g-TS),且可以有效地缩短产氢时间。试验表明,低强度超声可以刺激产氢氢化酶催化活性的提高,从而使产氢微生物利用底物释放更多的氢气。进行了超声-臭氧联合预处理,利用剩余活性污泥溶胞液进行生物制氢产氢效能强化的试验研究。结果表明,超声-臭氧联合预处理污泥为底物的最大氢气产率为9.3m L-H2/g-TS,与未经处理的污泥样品相比(1.2 m L-H2/g-TS),超声-臭氧联合预处理污泥的氢气产率提高了6.75倍。证明了以污泥为底物的产氢过程,利用超声-臭氧联合预处理污泥,可以实现剩余污泥这类废弃生物质的资源化利用。采用叁维荧光光谱技术,对反应过程中NADH的变化进行检测发现,低强度超声的施加,使微生物发生定向代谢,增加了NADH的氧化量。结果证明了剩余污泥可以通过有效预处理,增加其溶解性物质产量(尤其是溶解性多糖的含量),从而作为发酵法生物制氢的底物进行产氢。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2014-12-01）
刘晓烨,李永峰[6]（2013）在《HABR与CSTR反应器乙醇型发酵产氢效能的比较研究》一文中研究指出[目的]比较复合式厌氧折流板反应器(HABR)与连续流搅拌槽式反应器(CSTR)乙醇型发酵产氢的运行效果。[方法]以红糖为底物进行两种反应器的乙醇型发酵制氢,监测系统的产氢效能、产能效能、生物量以及COD去除率变化。接种污泥的生物量为15.21g/L,COD浓度分别为4 000、6 000、8 000 mg/L各运行30 d,进水pH为7~8,水力停留时间为12 h。[结果]HABR系统的产氢效能、产能效能、生物量以及COD去除率随COD的提高而上升,在COD为8 000 mg/L时分别达到了17.54 mmol/(h·L)、45.13 kJ/(h·L)、38.11 g/L、42.87%。CSTR系统在COD为6 000 mg/L时效果最佳,产氢效能、产能效能、生物量以及COD去除率分别为13.26 mmol/(h·L)、33.00 kJ/(h·L)、19.91 g/L、26.47%。随着COD的进一步提高,运行效果显着下降。[结论]HABR在高有机负荷的条件下乙醇型发酵产氢效果整体优于CSTR,更适用于工业生产。(本文来源于《安徽农业科学》期刊2013年33期）
谢国俊[7]（2013）在《光发酵细菌Rhodopseudomonas faecalis RLD-53产氢效能与强化机制研究》一文中研究指出环境污染和能源短缺促使人类寻找和使用清洁可再生能源。氢气是一种高效环保的能源载体，在降低环境污染和减少温室气体排放过程中发挥重要作用。光发酵生物制氢利用太阳能处理有机废水，生产理想可再生的清洁能源，是最具应用前景的产氢工艺。虽然光发酵产氢具有较高的产氢理论值，但是在连续流产氢反应器尤其是大规模的连续流产氢反应器中，产氢效率较低，是实现光发酵生物制氢产业化过程中面临的瓶颈问题。光发酵连续流产氢物质流分析表明，光发酵细菌Rhodopseudomonas faecalis RLD-53凝集性能差，不能与出水有效分离，生物量不断流失，在连续流稳态运行过程中，大量的有机碳源不断被用于细胞生长以补充流失的生物量维持反应器中的细胞浓度，而不是用于产氢，导致光发酵产氢反应器最大氢气产率仅为1.89mol H2/mol乙酸。因此，光发酵细菌R. faecalis RLD-53凝集性能差造成大量的有机碳源用于细胞生长，是光发酵连续流产氢效能低下的关键节点。利用膜分离技术将处于高效产氢阶段的光发酵细菌R. faecalis RLD-53完全截留在光发酵膜生物产氢反应器中，在前四个周期的运行过程中，平均氢气产率达到3.02mol H2/mol乙酸。然而，菌种衰亡导致产氢效率迅速下降。此外，膜生物产氢反应器需要消耗相当一部分的能源用于膜分离，降低了体系净产能，随着膜污染的发生，能源消耗进一步升高。针对传统细胞固定化技术的缺点和光发酵产氢对固定化载体的特殊要求，采用活性碳纤维作为适用于光发酵细菌固定化的流化载体。在活性碳纤维比表面积1500m2/g，长度为1mm，用量为0.8g/L时，固定化产氢效果最佳到达3.05mol H2/mol乙酸。与传统载体相比，活性碳纤维处于流化状态，每个固定化在活性碳纤维上的细菌都可以接收到光照并利用底物产氢。根据活性碳纤维载体的流化和沉淀特性，设计运行了光发酵序批式产氢反应器，优化并确定反应器运行的主控参数。在水力停留时间为144h，进水底物浓度为60mmol/L时获得最佳的产氢效果，氢气产率和产氢速率分别达到690mL/L/d和3.12mol H2/mol乙酸。为了进一步增强载体的固定化产氢效果，通过硝酸-汽爆联合对活性碳纤维进行表面改性。改性后的活性碳纤维表面布满了突起粗糙度增加，表面含氧官能团增多，光发酵细菌R. faecalis RLD-53固定化容量升高，在连续流产氢过程中产氢速率和氢气产率明显提高，分别达到722mL/L/d和3.24mol/mol乙酸。微生物的凝集性能在微生物与出水分离过程中发挥关键作用，为增强光发酵细菌的凝集性能，依据影响微生物凝集性能的各种因素筛选得到选促使R.faecalis RLD-53凝集的关键因子：L-半胱氨酸和Ca2+。以L-半胱氨酸作为主凝集因子，考察了光发酵细菌R. faecalis RLD-53在不同碳源、氮源、底物浓度和碳氮比条件下的凝集强化产氢特性，实现光发酵细菌R. faecalis RLD-53在凝集状态下的最佳产氢效果。在光发酵细菌R. faecalis RLD-53凝集形成过程中，L-半胱氨酸主要通过形成二硫键促进蛋白的分泌，进而增加胞外聚合物产生；胞外聚合物的增多改变细胞表面元素和官能团，尤其是带电官能团的变化，进而降低了光发酵细菌R. faecalis RLD-53Zeta电位；光发酵细菌R. faecalis RLD-53接触势垒随着L-半胱氨酸浓度的增加而降低，在1.0g/L时达到最小值，凝集性能最佳达到40.86%。钙离子浓度增加使得体系的离子强度升高，压缩扩散双电层厚度，使得Zeta电位电负性减少，导致静电排斥作用力显着降低，光发酵细菌R. faecalis RLD-53接触势能的能垒大大降低，凝集性能在Ca2+浓度为6mmol/L时达到28.85%。随着搅拌速率的增加，细菌细胞之间有效的碰撞增加，有利于光发酵细菌R. faecalis RLD-53形成絮体，过度的搅拌将产生剧烈的水力剪切作用，将破坏光发酵絮体的结构，凝集性能降低。根据光发酵细菌R. faecalis RLD-53凝集强化产氢特性，考察了光发酵细菌R. faecalis RLD-53絮体在序批式产氢反应器中的产氢效能。在最佳产氢条件HRT为96h，有机负荷为15mmol/L/d，光照强度为200W/m2时，光发酵凝集强化产氢速率达到1043mL/L/d，氢气产率达到3.35mol H2/mol乙酸。为强化光发酵细菌R. faecalis RLD-53对复杂有机质的利用和转化，针对传统耦合产氢模式操作繁琐和两类细菌生长代谢速率不匹配的问题，依据暗发酵细菌Ethanoligenens harbinense B49与光发酵细菌R. faecalis RLD-53的生长与产氢动力学特征设计了暗-光发酵一体式产氢反应器，使得暗发酵细菌与光发酵细菌在空间生态位上相对分离，而代谢底物自由联通。在暗光发酵的最佳体积配比为1:4，磷酸盐浓度为20mmol/L，底物浓度为8g/L和暗光发酵细菌接种比例为1:20时，反应器中挥发酸的积累量明显降低，氢气产率达到4.96mol H2/mol葡萄糖。通过新型暗-光发酵一体式产氢反应器设计运行，优化和调控系统运行参数，建立有效的耦合产氢调控对策，为进一步提高生物产氢能力和生物质梯级利用效率的进一步工程化应用提供理论依据和科学指导。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2013-11-01）
李永峰,王艺璇,程国玲,刘春妍[8]（2013）在《二价铁离子对UASB反应器厌氧发酵产氢效能的影响》一文中研究指出金属离子Fe2+在生物产氢机制中起着重要作用.以红糖为底物,研究了Fe2+在0～1 650 mg·L-1范围内对UASB发酵产氢效能的影响.结果表明,适当浓度的二价铁离子对产氢具有一定的促进作用.当Fe2+浓度为0～450 mg·L-1时,发酵产气量及其氢气含量都随着Fe2+浓度的增加而增加;且当Fe2+浓度为450 mg·L-1时,获得最大生物气体积为17.72 L,较空白组提高了40.75%,此时氢气含量60.01%.而当外加的Fe2+浓度大于450 mg·L-1时,则开始呈下降趋势.因此,Fe2+可以成为调控发酵制氢的工程措施之一.(本文来源于《环境科学》期刊2013年06期）
许林季[9]（2013）在《微生物电解低温处理污泥发酵液产氢效能强化分析》一文中研究指出剩余污泥处置能源化是目前环境发展关注的重大问题。每年有几千万吨的产量需要处理，许多城市通常选用简单而原始的填埋方式来处理剩余活性污泥，这样不仅占用大面积农田，而且会给环境造成二次污染。另一方面，剩余活性污泥中含有丰富的有机能源物质，如多糖、脂质和蛋白质，是一种非常好的能量来源。在我国，随着对污泥资源化和新能源开发的逐渐重视，国家在“十二五”规划中将这两个方向作为重点支持项目。但是到目前为止还没有出现一种真正能完全实现污泥能源化的技术。微生物电解池（microbial electrolysis cell，MEC）融合了生物和电化学反应的优点产氢，该技术与剩余污泥前期处理处置技术相耦合将具有其他污泥处理处置技术无法比拟的优势。然而，MEC常温运行产甲烷使其无法扩大化生产。因此从控制甲烷的角度来抑制产甲烷菌的活性则会提高MEC效率。产甲烷菌对温度非常敏感，在低于20℃的条件下活性低甚至死亡。MEC的温度范围宽，将它置于一定的低温环境时可以抑制了产甲烷菌的活性而产氢速率不会受到较大影响从而提高了MEC的氢气产率。MEC可利用的底物范围非常广，从小分子挥发酸、多糖和大分子蛋白质到纤维素可以作为MEC的碳源。本课题利用这一特点模拟了MEC应用于年平均温度在10℃左右的山区和高海拔地区的试验，通过对MEC产氢条件和阳极微生物群落活性促进，探索MEC应用于寒冷地区污泥处理的可行性。因此本课题从两个方着手，首先对MEC运行电压的优化。调节不同的外加电压（auxiliary voltage，AV），0.6～1.4V。探索到了MEC在低温10利用污泥发酵液为底物运行时有一个最佳电压值（0.8V）。在这个条件下MEC的SCOD去除效率为58.42%，氢气产率为0.16g-/g-SCOD，库仑效率101.07%，产氢速率1.21/-reactor/d，能量效率252.22%。有机物利用顺序为乙酸>丙酸>蛋白质>丁酸>戊酸多糖。微生物细胞体积小而密度大，它们紧密地聚集成簇状。大多数细胞为短杆菌，通过DGGE分子学手段，NCBI相似序列比对，判断Psychrophilus可能为低温产电菌群。其次，在最佳电压的基础上将温度控制到0，添加不同的浓度的外源海藻糖来优化MEC利用污泥发酵液为底物低温运行效能。结果发现，在50mmol/l的外源海藻糖浓度下MEC有最佳运行效能。SCOD去除效率为40.45%，氢气产率为0.078g-/g-SCOD，库仑效率58.46%，氢气体积62.67ml，产氢速率0.46/-reactor/d，能量效率203.01%。有机物利用顺序为乙酸>蛋白质>丙酸>丁酸>戊酸>多糖。群落结构研究结果发现，阳极微生物细胞体积更大，但结合比较松散，Microbacterium可能为优势种。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2013-06-01）
黄振兴,余晓斌,廖家林,阮文权[10]（2013）在《适应性进化策略强化厌氧产氢菌群的发酵效能》一文中研究指出厌氧发酵产氢菌群中微生物的多样性造成了其在生理生化行为上的异质性,如对有机酸胁迫响应的不一致性,这种异质性形成产氢过程中的"短板效应",限制了菌群整体发酵能力。以外源丁酸胁迫结合选择性化学抑制剂作为复合选择性压力,在连续流中对产氢菌群进行适应性进化,其目的在于消除菌群中导致"短板效应"的微生物,同时富集带有有益进化的产氢细菌,从而强化厌氧菌群的整体发酵效能。分析表明,进化菌群产氢效能的提高主要归因于耐酸能力的提高、竞争途径的弱化、氢化酶和NADH-铁氧还蛋白氧化还原酶(NADH-ferredoxin oxidireductase)活性的提高。(本文来源于《食品与生物技术学报》期刊2013年05期）
产氢效能论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
面对矿质能源过度开采利用和木质纤维素生物质资源严重浪费所引发的能源危机和日益严重的环境污染问题,木质纤维素生物转化产氢研究逐渐成为生物和能源领域的热点方向。然而,传统的木质纤维素生物转化产氢技术有着工艺流程复杂、发酵周期长和水解过程产生抑制物较多等缺点。菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M18能直接利用包含在木质纤维素里的半纤维素和纤维素,而不需要任何的水解过程,可极大地简化工艺流程,节省水解糖化过程的成本,同时也避免了水解抑制物的产生。因此,本课题以T.thermosaccharolyticum M18为高效菌株,对两种不同的纤维素发酵制氢工艺进行研究。首先,通过对菌株M18利用纤维素发酵产氢条件的优化,确定分批发酵工艺的最佳操作参数,提高底物转化效率和产氢效能;然后,在厌氧序批式反应器(ASBR)中,对菌株M18直接降解纤维素产氢(CBP)的半连续流发酵工艺进行初步地探索和研究,得到反应器运行的最优控制条件。最后,通过对比两种发酵的工艺的产氢效能,提出木质纤维素生物转化产氢的最佳工艺策略。根据分批发酵工艺参数优化的实验结果,菌株T.thermosaccharolyticum M18降解纤维素产氢的最佳接种量为8.0%、初始pH为7.5,Mg2+浓度0.4g/L。在碳源和氮源的优化实验中,采用修正的Gompertz方程对M18在不同纤维素底物和酵母浸粉浓度时的产氢动力学进行分析。结果表明,当碳源和氮源浓度过低时,M18产氢延滞期较长,发酵延续时间短,产氢量低;但是浓度过高,生长代谢过快,产生大量末端副产物,对产氢过程造成抑制。由响应曲面法分析结果可知,最佳的微晶纤维素和酵母浸粉浓度分别为6.2g/L和2.8g/L。经优化后,菌株M18降解纤维素产氢的能力得到了提高。经72h的发酵,累积产氢量达到42.21mmol/L,平均产氢速率为0.589mmol·L~(-1)·h~(-1)(14.40 mL·L~(-1)·h~(-1)),比未优化前分别提高了16.47%和17.1%。在ASBR-半连续流发酵工艺中,反应器运行的最佳参数为:搅拌速率120rpm/min、进料量1000mL(投料比2/3)、HRT为54h(进料15min,反应35h,沉淀30min,排料15min)、进料pH8.5。在最优条件下,每一周期(36h)平均氢气产量为755.56mL H2/L,纤维素底物的利用率为74.72%。其相应的平均氢气产生速率为20.99mL·L~(-1)·h~(-1),要比分批发酵工艺高出45.74%,说明ASBR-半连续流发酵工艺可以有效提高产氢速率,缩短发酵时间。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
产氢效能论文参考文献
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