發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 06:02

　　 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類對(duì)能源需求的日益增加,對(duì)清潔能源的開發(fā)與應(yīng)用是大勢(shì)所趨,而氫能作為一種潔凈的可再生的能源,具有非常大的發(fā)展?jié)摿Α９夂霞?xì)菌可以在光能的驅(qū)動(dòng)下降解有機(jī)廢物為氫氣,實(shí)現(xiàn)污染治理的資源化利用;利用光合細(xì)菌生物膜反應(yīng)器能有效地完成有機(jī)廢物的處理,同時(shí)高效地產(chǎn)生清潔的能源氫氣,這在有機(jī)廢物的綜合利用和環(huán)境保護(hù)方面是很有前途的處理技術(shù)。 本文針對(duì)光合細(xì)菌在平板式生物膜反應(yīng)器中的生長(zhǎng)過程,采用在線觀察光合細(xì)菌生物膜微觀結(jié)構(gòu)和離線分析生物膜生長(zhǎng)特性參數(shù)相結(jié)合的方法,實(shí)驗(yàn)研究了在不同的入射光波長(zhǎng)、強(qiáng)度、循環(huán)液流量和底物濃度條件下,高效光合產(chǎn)氫細(xì)菌生物膜在固體基質(zhì)表面上生長(zhǎng)特性,討論了其對(duì)沼澤紅假單胞菌生物膜表面覆蓋率、膜厚、干重和密度的影響。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,采用元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)生物膜生長(zhǎng)過程中的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和形態(tài)進(jìn)行了模擬。本研究工作的開展,揭示了光合細(xì)菌在固體基質(zhì)表面上的吸附及生長(zhǎng)機(jī)理,同時(shí)為光合細(xì)菌生物膜反應(yīng)器的掛膜啟動(dòng)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù),并且為污水處理和光生物制氫技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)性材料。實(shí)驗(yàn)和模擬研究所取得的主要研究成果如下: 1)當(dāng)光照波長(zhǎng)范圍為420nm-590nm時(shí),在相同時(shí)間間隔內(nèi),生物膜表面覆蓋率隨著光照波長(zhǎng)的增加而增加;光照波長(zhǎng)對(duì)生物膜干重的影響很小,在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行4天后,生物膜的厚度隨波長(zhǎng)的增加而減小;光照波長(zhǎng)越長(zhǎng),生物膜密度越高。 2)當(dāng)入射光強(qiáng)度范圍為1000lx-8000lx時(shí),在相同實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間,5000lx條件下生物膜覆蓋率最高;當(dāng)光強(qiáng)小于5000lx時(shí),實(shí)驗(yàn)運(yùn)行4天后,生物膜干重、密度隨光強(qiáng)的增加而增加,膜厚隨光強(qiáng)的增加而減小;8000lx條件下生物膜干重、厚度最低,密度與1000lx條件下差別不明顯。 3)當(dāng)循環(huán)液流量為37.8 ml·h-1-1080 ml·h-1時(shí),在相同實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間,生物膜覆蓋率隨流量的增加先增加后減小;當(dāng)流量大于228 ml·h-1時(shí),循環(huán)液流量對(duì)生物膜生長(zhǎng)特性參數(shù)影響不大;當(dāng)流量為37.8 ml·h-1時(shí),生物膜厚度最大,密度最低。 4)當(dāng)?shù)孜餄舛葹?.05 g·L-1-10 g·L-1時(shí),在相同實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間,10 g·L-1條件下的生物膜覆蓋率最高;底物濃度對(duì)生物膜干重及厚度影響規(guī)律不明顯,但生物膜密度隨底物濃度的增加而增加。 5)在各種影響參數(shù)中,光照條件對(duì)光合細(xì)菌形態(tài)和生物膜結(jié)構(gòu)影響最大,當(dāng)入射光波長(zhǎng)為420nm時(shí),光合細(xì)菌的分裂增殖及生長(zhǎng)代謝功能受到抑制,進(jìn)而使個(gè)體細(xì)菌形態(tài)和相應(yīng)的生物膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化;當(dāng)入射光強(qiáng)度為8000lx時(shí),生物膜變?yōu)閺?fù)雜的長(zhǎng)條狀不規(guī)則結(jié)構(gòu),且生物膜覆蓋率最低。循環(huán)液流量對(duì)光合細(xì)菌在固液界面的成膜速率影響最大,當(dāng)流量為37.8 ml·h-1時(shí),生物膜生長(zhǎng)最慢,但生長(zhǎng)速率并非隨流速的增加而增加。底物限制性條件可促使懸浮光合細(xì)菌以固定化方式生長(zhǎng),且生物膜結(jié)構(gòu)疏松,這是光合細(xì)菌應(yīng)對(duì)不利環(huán)境的生存戰(zhàn)略。 6)結(jié)合光合細(xì)菌生長(zhǎng)和生物膜內(nèi)底物擴(kuò)散的控制方程,建立了光合細(xì)菌生物膜生長(zhǎng)的元胞自動(dòng)機(jī)模型,對(duì)光合細(xì)菌生物膜在不同實(shí)驗(yàn)工況下的生長(zhǎng)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果表明:光合細(xì)生物膜為多孔狀不規(guī)則結(jié)構(gòu);流體剪切力越高,生物膜表面結(jié)構(gòu)越平整;生物膜生物量隨光照強(qiáng)度的增加先增加后減小,1000lx與8000lx條件下生物膜結(jié)構(gòu)相差很小;波長(zhǎng)為420nm條件下的生物膜密度最低,低底物濃度條件下生物膜密度較低;但是通過模擬得到,光合細(xì)菌生物膜生物量和厚度均隨波長(zhǎng)及底物濃度的增加而增加。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X705
【部分圖文】：

表 2.2 光合細(xì)菌的形態(tài)生理特征Table. 2.2 The morphological and physiological characteristics of photosynthetic bacteria菌種 細(xì)胞形態(tài) 菌落特征革蘭氏染色分裂方式 運(yùn)動(dòng)性CQU-Z短桿形或橢圓形圓形，較規(guī)則，紫紅色，表面濕潤(rùn)，易挑取，細(xì)胞易分散-(陰性) 二等分分裂 快GLS-Z短桿狀，較小，常堆積圓形或梭形，紫紅色，表面濕潤(rùn)，易挑取，細(xì)胞不易分散-出芽生殖或二等分分裂快CQK-Z短桿形或橢圓形，較粗，粘液較多圓形，表面濕潤(rùn)，紫色，細(xì)胞易分散- 二等分分裂 快以二等分裂方CJK-CCQK-ZGLS-ZCQU-Z圖 2.1 光合細(xì)菌的電鏡負(fù)染色照片F(xiàn)ig 2.1 Electronic micrograph of photosynthetic bacteria negative dye

光合細(xì)菌可視化生物膜平板反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)方法1 光合細(xì)菌生物膜生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)方案對(duì)于任何形式的生物膜反應(yīng)器，其工作過程都是由附著生長(zhǎng)在載體表來完成，而這些微生物又都生活在各自形成的特定環(huán)境中，因而與環(huán)非常密切，環(huán)境的改變勢(shì)必造成生物膜反應(yīng)器的性能及生物膜結(jié)構(gòu)的種影響因素中，最主要的有生物膜反應(yīng)器的進(jìn)口底物濃度、生物膜周切力、pH 值和溫度。而對(duì)本課題所研究的光合細(xì)菌而言，它除了形成同時(shí)還會(huì)光解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生氫氣，因此光照條件也是影響光合細(xì)菌的重要因素之一。
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 屈曉凡;微小空間內(nèi)光合細(xì)菌產(chǎn)氫行為及鼓泡強(qiáng)化產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2877573