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利用废弃生物质特别是有机废水，通过微生物(光合细菌和暗发酵细菌)来产氢，是一项节能环保的新技术。光和细菌制氢被认为是最有前景的生物制氢技术之一，然而光和细菌只能利用小分子有机酸为原料来制氢。暗发酵细菌受发酵机理限制，处理废水时必然含有高浓度的有机酸，这是导致其在废水处理过程中的化学耗氧量(COD)去除率偏低的原因。暗发酵细菌产氢出液中的有机酸是光合细菌产氢的良好碳源，因此将光合细菌产氢与暗发酵细菌产氢结合起来，分两阶段来产氢，既可以弥补两种细菌独自产氢的不足，还可以提高氢气收率和废水COD的去除效率，为生物制氢应用于废水处理提供一条新途径。
本论文使用上述两种高效产氢微生物进行了两步耦联产氢的初步研究。首先对光合细菌(Rb.Sphearoides)产氢进行了基础研究，研究包括三个方面：
(1)通过单因子实验分别考察了碳/氮源物质以及浓度、光源和光强、最初细菌接种量、最初pH值、复合碳源等对光合细菌产氢的影响；通过正交实验研究了酵母浓度、Fe2+和Ni2+浓度对光合细菌产氢的影响。研究过程中利用Gompertz模型来描述光合细菌的生长和产氢，从而确定了光合细菌产氢的基本工艺条件，此条件为：最佳初始pH值为7.0、温度32-35℃；卤素灯和钨丝灯是很好的光源，最佳光强为3600 lux；最佳细菌接种浓度是细菌OD660nm值为0.931左右；乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠是细菌生长和产氢的良好碳源物质，最佳浓度分别是1.2g/l、0.4-1.6 g/l和1.2-1.8g/l；光合细菌利用D,L-苹果酸、琥珀酸钠和L-乳酸钠来产氢也取得很好效果，最佳浓度分别是1.0-6.0g/l、1.0-4.0g/l、3.0-9.0g/l；细菌利用乙酸钠产氢的最佳硫酸铵和L-谷氨酸浓度均为0.4-0.8g/l。
(2)对光合细菌以L-乳酸钠和D,L-苹果酸作为碳源、L-谷氨酸作为氮源时，连续光合产氢的情况进行了研究。实验在两套0.7升气举平板式光合反应器中连续运行40 d，得到L-乳酸产氢的最佳HRT是64 h，此时最大产氢速率是4.9 ml/h，氢气收率是377 mmol/mol-lactate；D,L-苹果酸产氢的最佳HRT是72 h，此时的最佳产氢速率是6.2 ml/h，氢气收率是577 mmol/mol-malate。
(3)通过间歇实验研究了光合细菌利用三元混酸(乙酸、丙酸和丁酸)的产氢情况；通过间歇实验研究了暗发酵出液的最佳预处理方式；用滤膜预处理蔗糖暗发酵出液并以之作为底物进行了连续补料式光合细菌产氢的研究。连续补料实验结果表明，球形红细菌可以很好地利用暗发酵出液中的有机酸来持续产氢；运行时间76 h，10个批次，每批次产生氢气在12 ml以上，氢气百分含量50％；在第4次发酵时，获得最大产氢速率，是23ml-H2/l-暗发酵液/d，氢气收率为170mmol-H2/mol-s.。经过光/暗两阶段耦联产氢处理的蔗糖模拟废水，总COD去除率达到了81.6％，暗发酵制氢阶段对总COD去除率的贡献是55％，光合产氢阶段对总COD去除率的贡献是26％。
其次，对暗发酵混合细菌进行了应用基础研究和中试放大研究。
研究包括三个方面：
(1)通过分批实验研究了二价铁对细菌利用淀粉产氢的促进效应，从而确定最佳表观亚铁产氢浓度为150 mg/l；通过单因子实验确定了暗发酵细菌利用淀粉产氢的两个主要影响因子，即初始pH值和淀粉浓度，再通过22旋转中心方法，设计正交实验，研究了两个因子对淀粉产氢的共同作用。
(2)在三套有效体积为1.21的CSTR反应器内，分别以葡萄糖、蔗糖和淀粉作为底物，通过连续实验研究了HRT和淀粉浓度对连续生物制氢的影响，并利用动力学解析得到淀粉发酵产氢的动力学参数。暗发酵混合细菌利用葡萄糖、蔗糖和淀粉三种底物来产氢的最佳HRT都是6h，此时最佳产氢速率分别是11.61-H2/l-reactor-d、11.31-H2/l-reactor-d和12.11-H2/l-reactor-d；暗发酵产氢细菌在淀粉浓度等于15g/l时，有最大产氢速率10.01/l-reaetor/d、最佳产氢收率9.86mmol-H2/g-starch；
(3)在有效体积为50 m3的主体UASB反应器内，利用柠檬酸实际废水进行了放大实验研究。废水BOD是8000 mg/l，产氢混合细菌在HRT=12 h时可获得94.4m3/d的连续产气率，气态产物纯净只有H2和C02两种，其中氢气37-40％；反应器的最佳有机负荷为30-38 kg-COD/m3·d;在此阶段比产氢率保持2.6 mol/kg-COD，废水中的COD去除率可以达到60％以上，有机质分解率可以达到90％以上。UASB反应器具有较好的抗体积负荷变化的适应性和运行稳定性。