微生物燃料电池中电极活性菌的分离及特性
微生物燃料电池（Microbial fuel cell，MFC）是利用微生物作为生物催化剂，通过生物电化学途径来氧化基质并产生电能的系统。这种新型清洁能源的出现，顺应了我国对可再生清洁能源的需求，具有重要的现实意义和实践价值。电极活性微生物作为MFC中的关键影响因子，对MFC的废水处理效率和产电效能均具有决定意义，对高效运行的MFC中电极活性微生物的产电特性进行详细研究，可为MFC研究提供基础材料，为MFC的实际应用奠定理论基础。 本研究分别应用乳酸、乙酸和甾体药物生产废水为底物，以驯化好的厌氧消化污泥为种泥，启动MFC反应器。反应器运行稳定后，乳酸为碳源MFC最大电压0.57V，高电位持续时间22h，最大功率密度为55mW/m3；乙酸为碳源MFC最大电压0.62V，高电位持续时间50h，最大功率密度为124mW/m3；甾体药物生产废水为碳源的MFC最大电压0.42V，高电位持续时间112h，最大功率密度为18mW/m3。 以这些高效运行的MFC阳极微生物膜为菌源，利用加铁(Fe2O3)的亨氏厌氧滚管稀释培养技术分离电极活性微生物，并对整个分离过程的微生物群落结构进行了解析。变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱发现，驯化后的厌氧种泥中优势微生物种类最少，甾体废水和乳酸为碳源的MFC优势种群较多；DGGE优势条带测序结果显示种泥、乳酸和乙酸MFC中的优势菌门均为变形菌门；甾体废水成分复杂，优势菌门分别为放线菌门（Actinobacteria），拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）。整个富集分离过程中群落结构和多样性发生了明显变化，最终分离得到的菌株并不是原微生物群落中的优势类群。 分离到两株电极活性菌Lss104和Lss121，16S rDNA鉴定两株菌分别与路德维希肠杆菌(Enterobacter ludwigii)和弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacter freundii)最相似，以乳酸为底物时，两株纯菌产电的最大电压分别为0.104V和0.136V，持续时间约为20h和30h。两株菌都是革兰氏阴性，兼性厌氧菌，能利用糖类进行发酵试验，不能利用醇类，盐类耐受的上限10％。菌株Lss104能利用葡萄糖和乳糖产酸产气，菌株Lss121能利用乳糖、葡萄糖和蔗糖产气。两种菌都能进行铁还原，利用碳源葡萄糖、乳酸、乙酸的铁还原能力依次下降，菌株Lss104利用蔗糖铁还原能力为所有碳源中最强，菌株Lss121不能利用蔗糖进行铁还原。电极活性菌的分离为进一步研究MFC中电子传递、物质转化研究提供了基础材料。
微生物燃料电池;电极活性菌;分离工艺;群落结构;废水处理
中国海洋大学
硕士
环境工程
赵阳国
2013
中文
X703.1;X172
69
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）