氢气因具有洁净无污染、燃烧热值高等优点而被公认为未来的理想燃料。本研究以混合菌种生物制氢反应器的设计与启动为基础,结合分子生物学技术,对反应器启动的影响因子、启动过程中乙醇型发酵的微生物群落演替进行了初步研究。实现UASB生物制氢反应器快速启动的人工调控。这些研究从细胞水平提高系统的产氢能力,加速生物制氢技术的产业化进程具有重要意义。本研究设计了一套基于可编程逻辑控制器(PLC)的生物制氢反应器,该套系统包括了菌泥驯化系统、pH调节系统、原料池、动力调节系统、报警系统、产氢发酵系统(暗发酵反应器和光发酵反应器)、PLC控制系统和附属装置(包括移动平台、湿式气体流量计和配套的电缆/水管)。其中,PLC控制系统、暗发酵UASB反应器和光发酵UASB反应器是本台系统的核心装置。采用暗发酵UASB反应器,以温泉附近的菌泥为菌种,人工配制的糖蜜废水作为底物,考察有机负荷和水力停留时间对暗发酵UASB反应器生物制氢反应器启动的影响。研究表明:有机负荷和水力停留时间(HRT)是影响暗发酵反应器启动的重要控制因子。控制有机负荷和水力停留时间实现制氢反应器定向启动的人工调控对策如下:在启动负荷为6.0 kg COD/m~3·d、pH未调节、菌泥接种量为30gVSS/L、采用阶梯式负荷提升方式进行反应器启动的前提下,当HRT控制在9h时,易形成丁酸型发酵;当HRT控制在6h时,易形成乙醇型发酵。采用分子生物学技术对暗发酵反应器启动的微生物群落演替规律研究表明,实验中采用的定向启动控制条件使初始微生物群落多样性逐渐降低,群落结构之间的相似性逐渐提高,演替速度先加快后减慢,直到形成稳定的群落结构。群落结构和优势种群数量具有时序动态性,微生物多样性呈现变化的特征。对于本套实验系统而言,乙醇型发酵菌群的群落演替主要发生在启动的前16 d,但是仍需要28 d左右的时间来建立稳定的群落结构,完成稳定产氢的群落功能。