强高温混合菌厌氧发酵代谢产物的控制与优化

混合菌厌氧发酵是一种重要的环境生物技术，常用于处理高浓度有机废水和固体废物。其代谢产物能够进一步用于生物燃料和有附加值化学品的生产，但由于此技术的代谢产物复杂，难以控制，极大限制其下游产品的利用。本项目旨在建立强高温混合菌对葡萄糖厌氧发酵的代谢模型，以强高温混合菌葡萄糖厌氧发酵反应器为对象，通过TOGA传感器在线获得不同运行条件下精准的代谢产物数据，利用强高温下代谢产物较单一且重复性高的特点，对所构建的理论模型进行校正和有效验证，并结合对发酵细菌种群的分子生物学分析结果，阐明混合菌厌氧发酵的控制机理，最终在模型的指导下实现对混合菌厌氧发酵代谢产物的控制和优化。

混合菌厌氧发酵是一种重要的环境生物技术，常用于处理高浓度有机废水和固体废物。其代谢产物能够进一步用于生物燃料和有附加值化学品的生产，但由于此技术的代谢产物复杂，难以控制，极大限制其下游产品的利用。本课题旨在建立强高温混合菌葡萄糖厌氧发酵模型，阐明混合菌厌氧发酵的控制机理，以达到控制和优化厌氧发酵代谢产物的目的。结过3年的工作，课题取得了以下成果：.1）通过引入电子歧化反应和代谢物传质能量的假设，完善了混菌厌氧发酵代谢模型，其模拟结果与实验结果较为吻合；.2）结合此模型完成了对厌氧过程中同型产乙酸的模拟，结果较好地反应同型产乙酸的生成，并指出现有厌氧过程的多数描述都低估了同型产乙酸过程；.3）利用其代谢机理，在混菌的中空纤维膜系统中用氢气和二氧化碳成功地合成了高碳链脂肪酸，这是对CO2的减排的一个新贡献；.4）发现了强高温下氢气的过饱和现象(过饱和值为1.7-3)，溶解氢比氢气分压更能影响代谢产物的分布，而且Kla模拟预示过饱和现象是不可避免的；.5）成功地在强高温和中性pH条件下，稳定生产甲烷和乙酸，其中乙酸占VFA的90%以上，菌群分析证实噬氢产甲烷古菌与产酸菌的共同存在，这体现了对代谢产物的成功控制；.6）结合响应曲面和灰熵关联分析，用数学方法给影响厌氧产氢的三大因素排序，发现影响力的顺序为pH > 底物浓度 > 温度。这种方法具有普适性，能适用于其它生物或非生物废水处理过程中影响因子的排序。