1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類對能源需求日益增加，作為主要能源的礦物燃料，如煤炭、石油、天然氣等的貯量不斷減少，按現(xiàn)在能源的消耗速度，礦物燃料消耗必然面臨危機(jī)。因此清潔能源的開發(fā)與應(yīng)用是大勢所趨。氫能作為一種可再生的能源，取之不盡、用之不竭。而且氫氣還具有清潔，重量輕，熱值高，利用效率高，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)。生物制氫技術(shù)反應(yīng)條件溫和、能耗低、能妥善解決能源與環(huán)境的矛盾，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。其中光合細(xì)菌產(chǎn)氫可以在常溫常壓下進(jìn)行，且產(chǎn)量大、純度高，代

2、謝變通性好、生長速度快、適應(yīng)性強(qiáng)；光合產(chǎn)氫的速度要比藻類快、能量利用率比非光合細(xì)菌高、轉(zhuǎn)化效率高；對太陽光譜的響應(yīng)范圍寬。光合細(xì)菌產(chǎn)氫可將太陽能利用、氫能源回收、廢水處理等有機(jī)地結(jié)合起來，不僅治理了環(huán)境污染而且使廢棄物資源化、能源化，被認(rèn)為是很有希望的綠色氫來源之一，具有廣闊的應(yīng)用前景，備受國內(nèi)外研究者的關(guān)注。 本文從工程熱物理學(xué)科角度出發(fā)，針對采用以玻璃珠為填料的光生物制氫反應(yīng)器的產(chǎn)氫，對光生物制氫反應(yīng)器掛膜啟動工藝和光生物制

3、氫反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)氫的影響因子進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合多孔介質(zhì)理論，建立了一個能夠完整描述光生物制氫反應(yīng)器內(nèi)底物傳輸以及微生物生化反應(yīng)的模型，同時建立了能夠描述反應(yīng)器內(nèi)代謝產(chǎn)熱及傳熱的生物膜代謝產(chǎn)熱模型。主要研究成果如下： 1)對采集回的微生物進(jìn)行選育馴化，得到具有高產(chǎn)氫性能的菌株，通過鑒定，該菌株屬于沼澤紅假單胞菌屬，產(chǎn)氫能力達(dá)4.105 mmol H2/(100ml培養(yǎng)液)。 2)對影響生物膜光生物制氫反應(yīng)器掛膜啟動的因

4、素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，提出了衡量生物膜掛膜啟動完成的宏觀標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：生物膜掛膜啟動可分為3個階段：成膜期、膜生長期和穩(wěn)定期。在整個掛膜期間循環(huán)液吸光度、光生物制氫反應(yīng)器的氫氣產(chǎn)量以及底物消耗的變化規(guī)律基本相同，這幾個參數(shù)可以作為衡量掛膜完成的綜合評價指標(biāo)。在掛膜初期，進(jìn)口底物濃度、循環(huán)液吸光度以及液體流量等因素對掛膜啟動有很大影響。 3)對粒徑為Φ4mm的規(guī)則形狀的玻璃珠填料組成的生物膜光生物制氫反應(yīng)器的產(chǎn)氫性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研

5、究，系統(tǒng)地探討了各主要影響因子對反應(yīng)器的產(chǎn)氫性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在不同光照條件下，該沼澤紅假單胞菌產(chǎn)氫的最適底物濃度為0.12mol/l，過高的底物濃度對產(chǎn)氫有抑制作用。在不同光譜條件下，該沼澤紅假單胞菌產(chǎn)氫的最佳光照度為50001x，過高和過低的光照度均不利于產(chǎn)氫。通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度為25℃時產(chǎn)氫率最高，過高的溫度和過低的溫度同樣不利于產(chǎn)氫，在溫度為10℃和40℃時，產(chǎn)氫量基本為零。當(dāng)循環(huán)液pH值等于7時，反應(yīng)器的產(chǎn)氫