餐廚垃圾產氫產丁醇階梯發酵過程機制解析

《餐廚垃圾產氫產丁醇階梯發酵過程機制解析》是依託江蘇大學，由張存勝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：餐廚垃圾產氫產丁醇階梯發酵過程機制解析
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張存勝
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

採用餐廚垃圾等市政固體廢棄物為原料能夠提高生物氫氣和丁醇作為能源載體的市場競爭力。前期從厭氧活性污泥分離出的Bacillus sp.和Yokenella sp.產氫菌能夠快速降解餐廚垃圾產氫，但仍有近一半的有機質以乙酸和丁酸的形式殘留在廢水中。本項目提出構建餐廚垃圾產氫產丁醇階梯發酵系統並深入解析其發酵機制。基於兩株產氫菌的協調作用快速降解餐廚垃圾產氫，通過環境理化因子調控定向強化乙酸和丁酸生成，揭示A、B產氫菌相互協調機制及其對代謝產物累積回響機制。從自然界中篩選高產丁醇功能菌，通過形態學觀察和16S rDNA測序等技術鑑定其種屬，並將其用於產氫酸性廢水丁醇轉化。採用色譜、質譜等手段分析丁醇發酵過程代謝產物變化，基於數值分析建立丁醇菌生長與抑制模型，闡明丁醇菌在產氫酸性廢水中生長規律及其對丁醇累積回響機制。項目的完成將為市政固體廢棄物深入開發和生物丁醇低成本生產提供科學依據。

結題摘要

採用餐廚垃圾為原料生產氫氣和丁醇能夠降低生物質能源的原料成本，提高能源燃料的經濟性能。項目研究了餐廚垃圾預處理、生物產氫和生物丁醇發酵性能。從鹼處理後活性污泥分離出的兩株產氫菌均為桿狀細菌，分別為Enterobacter cancerogeous HG6 2A和Enterobacter homaechei 83。對兩株產氫菌的混合發酵性能進行了研究，研究結果表明混合發酵能夠明顯提高氫氣得率，兩株產氫菌混合發酵能夠克服單菌發酵時的缺陷，兩株菌的協同作用是混菌發酵性能提高的原因。從自然界篩選到的NG1311、NG132和CC三種產丁醇菌株發酵7%玉米醪結果表明，NG1311丁醇產量最高，丙酮和丁醇產量分別為0.6和0.8 g/L。研究了不同的餐廚垃圾預處理方法，超聲-熱處理法是餐廚垃圾預處理最佳方法。通過C. acetobutylicum CICC8009和C. acetobutylicum CICC8012混合發酵可預處理後的餐廚垃圾丁醇產量，混合發酵的最佳比例為7:3，對應的丁醇產量為3.1 g/L；油醇萃取條件下，丁醇產量可提高至23.3 g/L，提高了665%，油醇將水相中的丁酸和丁醇及時萃取，減輕了丁酸和丁醇對丁醇菌的抑制作用，是丁醇產量提高的主要原因。項目研究為生物氫氣和生物丁醇的低成本開發提供了科學依據。