天然厌氧微生物氢发酵生产生物氢气的研究-樊耀亭

中国环境科学2002,22(4)：370~374ChinaEnvironmentalScience天然厌氧微生物氢发酵生产生物氢气的研究樊耀亭1*,李晨林1,侯红卫1,卢会杰1,赖俊吉2(1.郑州大学化学系,河南郑州450052；2.台湾高雄第一科技大学环境与安全卫生工程系,台湾824)摘要：以牛粪堆肥作为天然厌氧微生物菌种来源处理含蔗糖和淀粉的模拟有机废水,通过厌氧氢发酵产生生物氢气,同时使废水得到净化处理.在实验条件下,生物气中氢气浓度可达61%,产物中无甲烷气生成.以蔗糖为底物时,最佳初始pH值6.0,最大产氢能力为146mL/g;以淀粉为底物时,最佳初始pH值7.5,最大产氢能力为166mL/g,最佳底物浓度均为5g/L.模拟废水中COD去除率可达40%~60%.关键词：生物制氢；天然厌氧微生物；模拟有机废水中图分类号：X172文献标识码：A文章编号：1000-6923(2002)04-0370-05Studiesonbiohydrogenproductionbybiohydrogenfermentationofnaturalanaerobicmicroorganism.FANYao-ting1,LIChen-lin1,HOUHong-wei1,LUHui-jie1,LAYJiunn-jyi2(1.DepartmentofChemistry,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450052,China；2.DepartmentofSafety,HealthandEnvironmentalEngineering,TaiwanKaohsiungFirstUniversityofScienceandTechnology,Taiwan824,China).ChinaEnvironmentalScience.2002,22(4)：370~374Abstract：Thesimulatedorganicwastewatercontainingsucroseandstarchwastreatedwithnaturalanaerobicmicroor-ganismbacteriumfromcowdungcompost.Thebiohydrogenwasproducedthroughanaerobichydrogenfermentationwithsynchronouspurificationofthewastewater.Undertheexperimentalconditions,thehydrogenconcentrationinthebiogasreached61%withoutmethanogenesisinthegaseousproduct.Themaximumhydrogenproductivitywas146mL/gand166mL/gundertheconditionsofinitialpHvalueof6.0and7.5andsubstrateofsucroseandstarchrespectively.Theoptimalconcentrationsofthesetwosubstrateswere5g/L.TheCODremovalefficiencycouldreach40%~60%inthesimulatedwastewater.Keywords：biologicalhydrogenproduction；naturalanaerobicmicroorganism；simulatedorganicwastewater能源短缺和环境污染是当今世界面临的挑战性课题,而氢气以其燃烧热值高、清洁无污染、适用范围广等诸多优点,成为新世纪最理想的能源.人们已通过热化学分解、电解水、水煤气转化和甲烷裂解等方法获得了氢气,但这些方法都很不经济.近年来由于生物制氢技术可以克服常规制氢方法的诸多缺陷而倍受关注,已成为欧美发达国家制氢研究的重心之一.科学家通过菌种包埋和在试管内纯菌种培养的方法制得了氢气[1].20世纪90年代末期,日美等国家开始用天然厌氧微生物直接制取生物氢气[2].我国任南琪教授带领的课题组完成了生物制氢中试研究,他们以消化污泥为菌种来源,通过碳水化合物的厌氧发酵得到了生物氢气[3].但迄今为止,该研究仍处于基础研究阶段.从含碳水化合物的工农业废弃物或有机废水中直接由微生物获取氢气,在未来的生物制氢中存在巨大的潜力,这是因为除了剩余的农产品,以生产蔗糖、淀粉和果品加工厂等生产过程的废弃物和废水中都可以得到合适的原材料.作者以牛粪堆肥为菌种来源,用蔗糖和淀粉配制模拟有机废水,通过厌氧氢发酵实现了持续生产生物氢气,同时使废水得到净化处理.1实验部分1.1实验材料菌种来源为牛粪堆肥;底物为蔗糖、可溶性