碱性条件下污泥发酵产氢研究

• 作 者: 魏素珍
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 污泥碱处理 发酵产氢 产氢量 厌氧发酵 蛋白质产氢

污泥厌氧消化过程中产生的氢气会迅速被污泥中存在的嗜氢菌(如甲烷菌)所消耗。本组前期研究成果表明，污泥经碱处理后可以释放大量有机质，在碱性条件下可以获得相对较高的产氢量。在此基础上，本论文重点研究碱性条件下污泥发酵产氢的过程、产氢生物相特征，以及蛋白质产氢最适发酵条件，同时也对碱性条件下污泥和蛋白质产氢的途径进行了分析，以期为发展污泥高效产氢方法提供科学依据。　　
分别对碱处理污泥及其上清液进行了发酵产氢对比实验，结果表明污泥发酵产氢过程中消耗的有机物主要为蛋白质，对产氢有贡献作用的是碱处理污泥的可溶性部分，而固体部分在产氢后期会加剧氢气的消耗。此外，碱处理不能完全抑制污泥中产甲烷菌的活性，但碱性条件可以抑制产甲烷菌的生长。　　
对产氢生物相的分析表明随着发酵的进行优势菌有增多的趋势，并且不同来源的碱处理污泥产氢性质相似而生物相差异显著。从污泥中富集的产氢菌种在碱性条件下可以单独发酵蛋白质产氢，但不能单独发酵葡萄糖产氢。发酵蛋白质产氢的最适初始pH为9.5左右、初始蛋白质浓度为10-20 g/L，最大氢产率为12.28 mL/g-added peptone。此外，适量的氨对产氢是有益的，但过量的氨可以通过抑制产氢菌的生长而抑制产氢，而且随pH的升高而抑制作用加强。蛋白质自身发酵产生的氨浓度不会对产氢过程产生抑制作用。　　
基于16S rDNA序列的PCR-DGGE技术分析表明碱性条件下发酵蛋白质和污泥产氢的微生物群落中以Clostridium为主。碱性条件下污泥和蛋白质主要是通过丙酮酸裂解途径产氢的，较高的pH条件可以阻遏耗氢途径并导致氢气的积累。