一株纤维素降解新菌种发酵玉米秸秆的生物产氢特性研究

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1、万方数据第30卷第9期2∞9年9月太阳能学报A口rAENERCm：s(}LARISSINlo～V01．30．No．9S印．．2009一株纤维素降解新菌种发酵玉米秸秆的生物产氢特性研究包红旭，任南琪，王爱杰(哈尔滨工业大学市政环境工程学院．哈尔滨150090)摘要：从连续流发酵产氢反应器(zL92114474．1)中分离筛选出一株高效纤维素降解产氢细菌‰打诚啪印．x9，瑚利用微晶纤维素(Mc)作为发酵产氢底物，得到最大单位体积产氢量(yK)、比产氢率(y吼，s)和纤维素降解率‘分别为780rllLH2／LcLdmre、5．1哪l地／g．ceⅡulose和69

2、．6％。采用酸、碱、氨水和酸化汽曝4种方式预处理玉米秸秆，结果表明，酸化汽曝方式可以获得最佳的预处理效果。)(9利用酸化汽曝预处理的玉米秸秆发酵产氢的y儿、K，s和纤维素降解率分别达到730mLH2，Lcuhure、4．3咖向心，g_oeulll∞e和64．O％。这说明新菌种)(9在利用玉米秸秆类生物质纤维素发酵产氢方面具有很好的应用潜力。关键词：生物制氢；产氢细菌；玉米秸秆；预处理；纤维素降解中图分类号：S216文献标识码：AO引吾目前利用秸秆类木质纤维素等生物质发酵产氢的研究主要集中在活性污泥发酵和堆肥上，且存在纤维素降解率低、产氢速率慢和产氢量低等缺

3、陷，这严重制约了生物制氢工艺成本的降低，阻碍了实现生物制氢产业化的进程¨t2J。有关有效利用玉米秸秆类纤维素发酵产氢的高效纤维素降解产氢细菌的分离和如何提高发酵产氢能力这方面的研究报道还很少。因此，分离能在常温条件下高效降解玉米秸秆类纤维素产氢细菌的研究十分迫切[3。]。本文从本试验室的连续流发酵产氢反应器(z抛114474．1)中筛选分离出一株高效纤维素降解产氢细菌X9。菌株X9能以微晶纤维素(MC)和羧甲基纤维素钠(CMC)为发酵产氢底物并且表现出很高的产氢能力。进而研究X9利用成分较为复杂的玉米秸秆类纤维素为发酵底物，以期获得较为理想的纤维素降解率和

4、氢气产量。1试验材料与方法1．1菌种来源分离筛选产氢菌的厌氧活性污泥取自本实验室连续流发酵产氢反应器(zL92114474．1)。该反应器有效容积为1．48m3，以糖蜜废水为发酵产氢底物，在有机负荷为3．11～85．80kcOD·m_3·d。1条件下进行丁酸型发酵稳定运行200d以上。1．2细菌分离筛选方法采用改进的Hungate厌氧滚管技术【61和培养瓶平板法[7]分离筛选细菌。具体步骤为“固相培养一液相培养一固相培养”循环法，进行多次操作，直至获得纯菌菌落。1．3玉米秸秆来源和预处理方法玉米秸秆取自哈尔滨双城市农田。试验对玉米秸秆分别采用4种预处理方法

5、：酸H2S04(0．2％、0．5％、1．O％，w／v)预处理、碱NaoH(0．5％、1．0％、2．O％，w／v)预处理、氨水NH3·H20(2．0％、5．0％、lO％，w／v)预处理和酸化汽曝预处理。1．4厌氧发酵产氢试验试验菌株x9是从分离的32株发酵产氢细菌中筛选出来的，是具有较理想利用纤维素发酵产氢性能的菌株。)(9降解纤维素发酵产氢主要进行两组试验设计和研究说明。第一组：以微晶纤维素(MC)收稿日期：2008也．26基金项目：国家重点基础研究发展(9r73)计划(G2000026402)；国家自然科学基金(30懒)通讯作者：任南琪(1959一)，男

6、，教授、博士生导师，主要从事环境微生物学，废水处理等领域的研究。凹@m．e山．∞万方数据1234太阳能学报30卷和羧甲基纤维素钠(cMc)简单的纤维素直接作为发酵产氢的底物进行x9产氢特性的研究；第二组：以酸化汽曝预处理的纤维素固体(Ls)和洗脱液(HS)作为发酵产氢的底物进行对x9产氢特性影响的研究。试验主要对发酵产氢的主要指标有：氢气产量、液相代谢末端产物、纤维素降解率、还原糖、细胞浓度和pH进行数据采集和研究分析。1．5液相代谢末端产物的分析方法发酵液相末端产物中挥发酸和醇类采用GCl22型气相色谱仪分析，取lrrIL培养液，离心4000r／rrIi

7、n，取上清液进样，柱长2m，担体GDXl03，60～80目，氢火焰检测器，氮气作载气，流速60mL，Ⅱlin，氢气流速为50mL，ITlin，空气流速为490mL／而n，汽化室210℃，柱和检测室190℃。氢气采用scⅡ型气相色谱仪测定，柱长2m，担体为，IDsol，60，80目，热导池检测器，氮气作载气，流速为70n“min，气相色谱柱和检测室150℃_BJ。1．6产氢能力的计算方法单位体积产氢量(k，n正H2／【厂cultulle)=累计产气量×氢气比例／培养基体积比产氢率(y}L／s，molH2／g—cellulose)=、累计产氢摩尔质量／消耗纤维

8、素的质量1．7纤维素降解程度的度量方法用3，5．二硝基水杨酸比色法