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环境污染以及能源短缺,是人类目前面临的最大问题。开发利用清洁能源是社会发展的方向,是实现可持续发展的重点。氢能作为可再生能源因其清洁、高效等特点逐渐成为人们研究的焦点。生物制氢具有耗能低,产量高,制备过程无污染的特点,是当下科研的热点,相对于光发酵,暗发酵法生物制氢可以实现连续稳定的产氢,其可代谢底物种类多,是目前最具有实用前景的制氢途径。如何解除发酵的抑制因素,提高暗发酵产氢微生物的生长代谢能力,实现更加稳定连续的产氢,是研究所要突破的瓶颈问题。本文以厌氧产氢菌E.Harbinese B49为研究对象,探讨向发酵液中通入直流电的电流刺激对菌体增殖,底物利用以及产物合成的影响,分别采用碳毡、钛镀钌、石墨板以及石墨板包膜等作为电极材料,监测反应过程中系统内葡萄糖利用状况,评价并筛选可用于电渗析原位发酵的电极材料。其中石墨板和石墨板包膜作为电极通电发酵后菌体呈絮状漂浮在发酵液上层,且对葡萄糖的代谢能力较弱,反应最终代谢了 2.45g/L和2.25g/L葡萄糖,是不通电反应器的73%和67%,而碳毡和钛镀钌电板对E.Harbinese B49菌生长状态无明显抑制作用,菌体沉降性较好,反应最终代谢了 3.75g/L和3.7g/L葡萄糖,是不通电反应器的1.12倍和1.1倍,故选用碳毡作为电极。进一步探讨以碳毡为电极材料时反应初期通电和反应5h后通电对E.Harbinese B49生长代谢的影响,其中反应初始和反应5h通电系统pH值分别降低至4.57和4.27,对葡萄糖的降解率为38.7%和58.27%,反应5h通电系统内细胞增长量是反应初始通电的1.31倍,各项检测数据显示E.Harbinese B49接种驯化培养一段时间后通电的系统,其细菌生长代谢状况优于反应初期通电的系统。在考察电流密度对E.Harbinese B49产氢代谢影响时,以OmA/cm2、0.3mA/cm2、0.5mA/cm2、1mA/cm2、2mA/cm2和5mA/cm2电流密度的直流电做对比实验,试验结果表明:低于2mA/cm2电流密度的直流电对E.Harbinese B49生长和代谢产氢均有不同程度的促进作用,反应结束时累积的生物量分别是不通电系统的1.53倍、1.45倍、1.29倍和1.14倍且能够延长细胞对数生长期2～3h,最多获得13.22mmol乙酸和1190mLH2,是不通电系统的1.57倍和1.40倍,对葡萄糖的代谢能力最高达到31.79mmol,是不通电系统的1.32倍;而5mA/cm2的电流密度对系统内葡萄糖代谢能力仅为不通电系统的79%。由此可见,外加弱直流电刺激能够促进E.harbinense B49细胞增殖,5mA/cm2的电流密度是抑制发酵产氢菌代谢葡萄糖的电流密度,0～2mA/cm2的电流密度内均能在不同程度上促进E.Harbinese B49 生长代谢。除此之外探讨了电渗析分离单元所采用的电流强度对发酵液分离效果的影响。采用90cm2的碳毡为电极材料,分别考察了电流强度为90mA(1mA/cm2)、120mA(1.33mA/cm2)、170mA(1.89mA/cm2)对发酵产物分离的效果。以发酵单元的pH值和浓缩室乙酸的富集情况表征自制双极膜电渗析器的工作运行状况,其中90mA和120mA的电流强度下,发酵液pH值持续下降,反应结束时pH值分别下降至3.75和3.65,浓缩室乙酸含量分别为210.54mg/L和268.84mg/L;而电流强度为170mA的系统内pH值基本稳定在4.2左右,反应结束时共富集了 1098.27mg/L的乙酸。因此170mA的直流电能够实现双极膜电渗析装置连续稳定的分离发酵液中的乙酸。将自制双极膜电渗析装置与发酵产氢反应器进行耦合,并在连续分离发酵产物乙酸的同时连续补充以葡萄糖为主的营养物质,观测发酵产氢系统内各物质含量的变化,探讨其产氢效能并确定最优的补料物质,在以葡萄糖为补料时,整个反应进程共代谢了 60.79mmol葡萄糖,获得了 79.10mmol的乙酸和44.41mmol乙醇,累积生成了 3120mLH2和1.34g/L的生物量;以基础培养基为补料时,在代谢42.62mmol葡萄糖的过程中获得了 61.66mmol乙酸和34.08mmol乙醇,累积产氢量2290mL,累积生成1.69g/L的细胞干重。对比试验表明,耦合工艺的连续分离连续补料方式能够实现发酵产氢系统连续稳定的产氢,其中以14.5g/L的葡萄糖贮备液和葡萄糖浓度为l0g/L的基础培养基为补料时分别得到了2.29molH2/mol葡萄糖和2.40molH2/mol葡萄糖的产氢率。