高效產電菌的篩選及其在微生物燃料電池中的應用研究.pdf

1、本研究使用自行制作的微生物燃料電池反應器，對湖南省吉首市大田灣污水處理廠曝氣池中的污泥進行富集培養(yǎng)，應用純培養(yǎng)法將富集到的產電菌進行分離純化，并運用繪制循環(huán)伏安曲線的方法對分離菌株的電化學活性進行測定，采用16S rRNA基因序列的分析方法研究產電活性菌株的系統發(fā)育多樣性，選取部分電化學活性強的菌株進行微生物燃料電池的產電性能研究以及對生活污水進行凈化處理運行試驗。以期篩選一批產電菌，了解產電菌的類群多樣性，并初步探索該類微生物在微生物

2、燃料電池產電和生活污水的處理方面的潛力，為進一步開發(fā)利用該類微生物資源提供理論依據和實驗指導。
　　對微生物燃料電池反應器模型進行設計，選取適宜的陰陽級和質子交換膜，并配備好其他監(jiān)測設備，從污水處理廠采集污泥樣品，密封帶回實驗室后對樣品進行處理，配置成陽極液加入到組裝好的MFC反應器中對污泥中的產電菌進行富集培養(yǎng)，采用純培養(yǎng)法將富集到的產電菌進行分離純化，并運用繪制循環(huán)伏安曲線的方法測定各菌株的電化學活性。結果顯示，共分離到52株

3、產電菌，其中37株具有電化學活性，且5株菌[F007(KJ846489)，F010(KJ846473)，F017(KJ846476)， F026(KJ846478)，F051(KJ846507)]的電化學活性較強。
　　基于16S rRNA基因序列的系統發(fā)育分析表明，分離純化出的37株具有電化學活性的菌株屬于細菌域的3個大的系統發(fā)育類群(Proteobacteria，Bacteroidetes/Chlorobi group，Act

4、inobacteria)的11個科(Pseudomonadaceae，Burkholderiaceae，Xanthomonadaceae，Rhodobacteraceae，Enterobacteriaceae，Caulobacteraceae，Alcaligenaceae，Neisseriaceae，Flavobacteriaceae，Sphingobacteriaceae，Microbacteriaceae)、15個屬(Pseudom

5、onas， Burkholderia，Luteibacter，Dyella，Rhodobacter，Haematobacter，Klebsiella，Caulobacter，Brevundimonas，Achromobacter，Paludibacterium，Myroides，Chryseobacterium，Sphingobacterium，Microbacterium)。其中，Proteobacteria門菌株占據了明顯的優(yōu)勢(3

6、2株，86.5％)，其余依次是Bacteroidetes/Chlorobi group(3株，8.1%)和Actinobacteria(2株，5.4%)。將篩選出的產電菌與已知的高效產電菌相比較，發(fā)現本研究的優(yōu)勢菌門(Proteobacteria)與文獻報道的優(yōu)勢產電菌鐵還原紅育菌(Rhodofoferax ferrireducens)、銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、硫還原地桿菌(Geobacter su

7、lfurreducens)等屬于同一個大的系統發(fā)育類群(Proteobacteria)，其中Proteobacteria門下 Pseudomonadaceae科下的優(yōu)勢菌屬（Pseudomonas屬）有14個菌株[F001(KJ846471)、F003(KJ846472)、F010(KJ846473)、F011(KJ846474)、F013(KJ846475)、F017(KJ846476)、F021(KJ846477)、F026(KJ8

8、46478)、F027(KJ846479)、 F029(KJ846480)、F032(KJ846481)、F034(KJ846482)、F037(KJ846483)、F046(KJ846484)]與高效產電菌—銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)屬于同一個屬。此外，優(yōu)勢菌門的其他菌屬以及其他菌門（Bacteroidetes/Chlorobi group和Actinobacteria）的菌屬均少見報道。
　　

9、比較分析發(fā)現，菌株 F010(KJ846473)、F017(KJ846476)和F026(KJ846478)不僅具有較為顯著的電化學活性，而且屬于優(yōu)勢菌屬（Pseudomonas屬）。通過簡單的電化學性能測試發(fā)現，三株菌中F026(KJ846478)的產電性能最優(yōu)。因此，以F026(KJ846478)為陽極產電菌制作了微生物燃料電池，并對其產電性能進行了優(yōu)化。結果顯示，菌株F026(KJ846478)在溫度處于35℃、pH在中性偏堿性，

10、以及可溶性淀粉作為底物的條件下，產電性能最佳，MFC的電壓可達到500mV，功率密度可達到2W/m3。
　　以生活污水中COD的去除率為指針，考察了以F026(KJ846478)為陽極產電菌、以生活污水為底物、溫度為30℃左右、pH為7等條件下，底物濃度對MFC產電同時處理生活污水效果的影響。結果表明：底物濃度對MFC穩(wěn)定電壓達到時間和穩(wěn)定時間以及生活污水COD去除率等具有重要影響。采用COD初始濃度為200mg/L的生活污水為底