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经济发展和人类对能源需求造成了诸如环境污染、能源短缺等一系列问题。因此,作为一种环保、清洁的能源,氢能的开发研究已经受到了人们高度重视。在目前制氢方法中,利用生物技术制取洁净的氢气是世界上许多国家正在大力研究的课题。 本文利用驯化的活性污泥降解蔗糖制取氢气,通过间歇浓度的梯度驯化,不同来源活性污泥的糖代谢速率和产氢速率均有显著提高,驯化后对含糖量为76～84g/L发酵液的比产氢率达到或超过低浓度有机质发酵液的比产氢率,其中啤酒厂厌氧活性污泥、啤酒厂排污处污泥及南京城市排水沟污泥的蔗糖消耗率均达到85%以上:比产氢率分别达2.24、2.35和2.14molH2/mol蔗糖。首次提出了针对高浓度有机质的活性污泥间歇浓度梯度驯化法,阐明了驯化过程中糖代谢速率和产氢能力的演变规律。表明大多数活性污泥均能通过合适的驯化适应高浓度有机质发酵液,显著提高活性污泥的单位处理能力。 以蔗糖为基质模拟有机废水,在活性污泥梯度驯化的基础上对其产氢条件进行优化。优化后发酵条件为:厌氧发酵温度36℃,初始pH值5.0,蔗糖90g/L,玉米浆8mL/L,FeSO4·7H2O 20mg/L,MgCl2·6H2O 10mg/L,K2HPO4 1.0g/L。优化后的活性污泥平均产氢速率达到565mLH2/L·h,比优化前提高了223%:比产氢能力为3.04molH2/mol蔗糖,比优化前提高了30%。提出了有机氮与生长因子同步添加的高效廉价培养基方案,为活性污泥厌氧发酵生物制氢技术的进一步实用化奠定了基础。 本研究还通过活性污泥梯度驯化过程中液相末端发酵产物、蔗糖降解速率、比产氢能力的变化与活性污泥内微生物菌群关系的变化规律,发现梯度驯化过程中,随着驯化糖浓度的提高,活性污泥发酵液相末端产物开始以乙酸、乙醇为主即混合酸发酵,发酵类型向乙醇型发酵类型转变,到本试验结束,一直保持着稳定、良好的乙醇型发酵类型。利用Biolog菌种鉴定仪对乙醇型发酵类型中的优势菌群详细鉴定并给出优势菌数的演变规律,首次报道了不同驯化浓度阶段与发酵类型及活性污泥中优势菌群演变的规律。表明合理的梯度驯化通过微生物的优胜劣汰或生理适应,逐渐转化为高效产氢的厌氧微生物优势菌群,从而构成良好的产氢生态系统,达到预期厌氧产氢的目的。