论文部分内容阅读
废弃生物质的无害化转化利用在生态学及清洁能源生产这两方面均有重要意义。本文注重研究了生物质发酵产氢过程的化学计量学与热力学分析以及纤维素降解菌的生物富集。主要结果如下:
1、以葡萄糖为底物,对四个底物浓度(15 g/L到60 g/L)条件下的发酵产氢过程做了系统的的化学计量学及热力学分析。结果表明:累积氢产量随底物浓度提高逐渐降低,葡萄糖浓度为15 g/L,30 g/L,45 g/L和60 g/L时,对应的单位累积氢产量分别为3.0 molH2/mol葡萄糖,2.4 molH2/mol葡萄糖,2.3 molH2/mol葡萄糖和2 molH2/mol葡萄糖。根据物质守恒及电子等效体守恒,构建了各发酵产氢过程对应的化学计量方程,并在此基础上计算了各过程对应的热力学数据。电子等效体平衡分析表明,氢产量的降低伴随着更多的电子等效体由产乙酸过程转向产丁酸和乙醇的过程;化学计量分析显示,乙酸/丁酸的摩尔比随底物浓度提高逐渐降低,分别为2.1,1.9,0.9和0.6;与此同时,乙醇的摩尔产量逐渐升高,分别为0.16,0.18,0.35和0.61 mol。热力学分析表明:当pH不低于7时,乙酸是热力学上最有利的液相末端产物;然而随着酸累积和pH的降低,乙醇和丁酸的生成过程会逐渐超过乙酸的生成过程成为热力学上更有利的过程。基于化学计量方程,计算了各发酵过程的热力学数据,结果显示,随底物浓度的提高,发酵产氢过程在热力学上变得更有利。当底物浓度由15 g/L升高至60 g/L时,对应发酵过程的吉布斯白由能变分别为-3.9 KJ/e-equiv,-4.4 KJ/e-equiv,-5.4 KJ/e-equiv和-5.6 KJ/e-equi。
2、构建了中温条件下的纤维素降解体系。以污水处理厂厌氧活性污泥为菌源,微晶纤维素为主要碳源,在(35±3)℃,pH＞6的条件下富集体系巾的纤维素降解菌。结果表明:经过30轮的富集过程,纤维素的降解效率提高约43％,由最初的34%提高到60%;通过激光扫描共焦荧光显微镜定时监测体系中菌的活性,结果显示,随着生物富集过程的进行,体系中菌的浓度及活性均有明显的提高。