[發明專利]一種產氫產乙醇微生物聚集體的制備方法

無效

• 申請號: 201010203782.0
• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101886040A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 石先陽
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C12N1/00
• 分類號: C12N1/00;C02F3/28
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種微生物聚集體的制備方法，具體涉及一種產氫產乙醇微生物聚集體的制備方法。

背景技術

目前生產生物乙醇的原料廣泛采用甘蔗、玉米的糖分和淀粉等食用物質，供應量受限以及使用成本高而限制了其應用。氫氣的產生主要是通過化學方法，需要消耗大量的能量且可能造成環境污染，亦面臨著如何有效降低成本和減少對環境的污染問題。有機廢水處理多采用生物法處理，傳統的有機廢水生物處理技術(厭氧技術、好氧技術)著重于將有機物分解為二氧化碳和水而未能實現對其資源化利用。

許多有機廢水如糖類生產廢水、淀粉生產廢水和酒類生產廢水等中含有大量的碳水化合物，是微生物發酵產氫和乙醇的理想底物。微生物制氫技術和燃料乙醇的生產方面的研究日益增多，但是以有機廢水為底物，通過特定微生物菌群如聚集體轉化及代謝途徑控制同步產氫和乙醇的研究卻鮮有報道。在各種制氫技術中，生物制氫因其作用條件溫和，可在常溫常壓下進行，能利用可再生的能源，也可進行廢物的利用，具有能耗低和污染少等特點而受到關注(Nath?and?Das，2004)。生物制氫技術主要有光合生物制氫和發酵生物制氫(Das?andVeziroglu，2001)。前者具有能利用太陽能、底物轉化率高等優點，但存在產氫速率慢、光能轉化效率低、光反應器設計復雜等缺點而限制了其實際應用。與光合生物制氫技術相比，發酵生物制氫具有產氫速率快、不需要光能、反應器運行操作便利且能利用多種廢棄物等優勢，因而實用性更強，更具備產業化前景(Das?and?Veziroglu，2001；Nathand?Das，2004；Magnusson?et?al.，2009)。2005年，“有機廢水發酵法生物制氫技術生產性示范工程”在哈爾濱國際科技城啟動，日產氫氣達1200m³，但目前發酵生物制氫成本仍然較高(Das?and?Veziroglu，2009)。該技術產業化過程中面臨著如何有效降低成本、提高產氫效率的難題，而這與微生物產氫代謝過程密切相關。

以葡萄糖做原料產氫為例，通過甲酸裂解的途徑產氫，以此途徑產氫的微生物有Escherichia?coli和Enterobacter?sp.。最適產氫pH約在7.0(Shin?et?al.，2007)。由此可見葡萄糖通過微生物的發酵最終轉化為有機酸、生物量的增加、氫氣、二氧化碳和能量。各種產氫類型差異的本質在于發酵過程中對發酵因子的控制與接種污泥微生物種群結構不一樣。已報道的影響發酵產氫的主要因子有：接種微生物、底物濃度和類型、反應器構造、水力停留時間(hydraulic?retention?time，HRT)、有機負荷、C/N、C/P、氧化還原電位、pH和溫度等。對這些因子進行優化和控制可顯著提高發酵生物制氫的效率(Yu?and?Mu，2006；Wang?and?Wan?W，2009)。采用實驗設計和統計學方法對丁酸型發酵的產氫條件進行優化和控制的研究較多，但大多數沒有解決多響應之間最優化條件的選擇，且未能揭示不同條件下微生物種群的多樣性的變化與微生物功能群。現代分子生物技術(克隆文庫)、生化技術(Biolog法)和光譜技術(紅外光譜，IR)等可以很好地對微生物的種群結構、多樣性和代謝途徑進行研究(Koskinen?et?al.，2007)。相對于丁酸型發酵而言，利用有機廢水同步產氫產乙醇具有較大的優勢是不存在液相產物的再處理問題，實用性較強。另一方面，高效厭氧生物制氫技術的關鍵在于如何富集產氫優勢菌(Cuetos?et?al.，2007；Ren?et?al.，2007)。其接種污泥多為混合微生物群體，既有發酵細菌、產氫細菌亦有氫氣消耗細菌如產甲烷菌。若不能有效抑制氫氣消耗細菌的活性，厭氧制氫系統的運行就會失敗。因此需對接種污泥進行有效的前處理，目前主要的方法有加熱、酸處理、堿處理、充氧、有機溶劑處理、凍融處理、超聲波處理等。各種前處理方法其厭氧生物制氫的效率亦不同。Cheng和Hansen(2006)比較了5種厭氧污泥的前處理方式，認為酸處理效果最佳。但Hu和Cheng的研究表明采用有機溶劑如氯仿處理可以最有效地抑制厭氧污泥中氫氣消耗菌的活性。Wang和Wei(2008)亦研究了5中厭氧污泥的前處理方法的優劣，結果顯示加熱處理方法最好，且簡單而實用。但加熱處理使得微生物的多樣性發了急劇的變化，產氫類型易于向丁酸型轉化。而一些較溫和的處理方式如通過改變pH可以維持厭氧污泥中形成一個利于產氫的微生物種群結構(Lee?et?al.，2009)。由此可見，不同的研究中最佳厭氧污泥前處理亦不同，其原因是不同的處理方式對微生物多樣性和種群結構的影響不同。有必要對不同的前處理方法進行優化設計，優選出利于同步產氫產乙醇的前處理方法。