培养时间/h
牛粪发酵液累积产氢量的拟合
混合菌木糖浓度(g/l) 用Logistic模型拟合的R2 用Gompertz模型拟合的R2
5 10 15 20 30 59849 0.9946 0.9957 0.9992 0.9989 0.9982 0.984
pH
Logistic，Gompertz方程对产氢量拟合对比后得结论
牛粪发酵液在不同木糖浓度下的累积产氢量可以用Logistic方程和 Gompertz 方程很好的拟合。当木糖浓度小于90g/L时，相关性系数均 大于0.99；当木糖浓度等于150g/L时相关系数略有降低，为0.98。从 拟合图符合程度看，修正Logistic对产氢中后期能较好的描述，而修 正Gompertz 对产氢初中期能较好的描述。对不同木糖初始浓度的代 谢产氢数据的拟合结果比较得出，修正Gompertz 方程较Logistic方程 能更好的描述产氢量随时间的变化关系。
论文结论
★在较低木糖浓度下批式厌氧发酵产氢的累计产氢量 可以用Logistic模型和修正的Gompertz方程描述； ★以木糖为碳源时牛粪发酵液代谢产氢的过程较产气 肠杆菌的代谢产氢过程更符合Logistic模型和修正的 Gompertz方程描述。 ★ Logistic模型和修正的Gompertz方程对的二氧化碳、 乙酸、丙酸等代谢产物不能用Logistic模型和修正的 Gompertz方程描述。 ★在本实验条件下，Han-Levenspiel模型较能很好地 描述本研究中底物浓度对产氢速率的影响 ，Andrews 模型不能描述底物浓度对产氢速率的影响
5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 OD 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 3 6 9 12 15 18 培养时间/h 21 24 27 30 5g/l 15g/l 50g/l Linear fit of 5g/l y=0.46714+0.0554*x R=0.86779 Linear fit of 15g/l y=0.50893+0.12779*x R=0.93368 Linear fit of 5g/l y=-0.12+0.15733*x R=0.97652
产气肠杆菌发酵产氢的拟合
结论
★低木糖浓度下修正Gompertz方程较修正Logistic方程对数 据的拟合相对要好； ★高木糖浓度下，不能用Gompertz方程和修正Logistic方程 描述产氢过程 ★ OD和pH随时间近线性变化 ★脂肪酸和二氧化碳的代谢过程不能用Gompertz方程和修正 Logistic方程描述。
实验值 计算值 R2=0.9880
H=P/(1+EXP(4*Rm*(λ-t)/P+2))
5 10 15 20 25
300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 0
产氢量/ml
产氢量/ml
R2=0.9964 实验值 计算值 P=Pm*EXP(-EXP(Rm*EXP(1)/Pm*(λ-t)+1)) 3 6 9 12 15 培养时间/ml 18 21 24
牛粪发酵液中的混合菌在培养时几乎成线性增长， 牛粪发酵液中的混合菌在培养时几乎成线性增长，而50g/l的菌长的最 线性增长 的菌长的最 后面是15g/l 5g/l。在前20个小时内都是糖浓度为15g/l OD最 15g/l和 20个小时内都是糖浓度为15g/l的 快，后面是15g/l和5g/l。在前20个小时内都是糖浓度为15g/l的OD最 大。
实验值 han-levenspiel模型拟合 R2=0.9290 Andrews模型拟合 R2=0.7981
糖浓度/(g/l)
将Gompertz方程对混合菌拟合结果得到 方程对混合菌拟合结果得到 产氢速率再用Han-Levenspiel模型 模型 产氢速率再用
30 25 产氢速率/(ml/h h) 20 实验值 15 10 5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 木糖浓度/(g/l) 用han-levenspiel模型拟合 R2=0.9194 用Andrews模型拟合 R2=0.8056
0.9984 0.9964 0.9923 0.9981 0.999 0.9982 0.9991 0.9947 0.9855
将Logistic方程对混合菌拟合结果得到 方程对混合菌拟合结果得到 产氢速率再用Han-Levenspiel模型 模型 产氢速率再用
30 27 24
产氢速率/(g/h) )
21 18 15 12 9 6 3 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165
可再生生 物资源
碳水化 合物 H2
发酵制氢动力学的意义
★目前产氢速率低下是发酵制氢的主 要瓶颈。 ★本论文通过研究产气肠杆菌和牛粪 发酵液的产氢动力学可以知道如何控 制反映条件，提高产氢的速率，以增 加生成氢气的产量。
实验和数据拟合
★牛粪发酵液为菌源，在10g/L木糖的碳源
300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 0
致谢
★本论文是在任云利老师的精心指导下完成的，任老师广 博的知识面、严谨的治学态度、丰富的实践经验使我受 益匪浅，在此首先向任老师表示最诚挚的谢意。 ★在此还要感谢韩建国老师、李欣老师对我实验的鼓励、 建议和帮助。还有要感谢刘莎莎同学、左玉新、袁云霞、 马丙雷、胡玲玲同学，感谢他们对我的实验的帮助。 ★另外感谢课题组及精化和高化所有曾经给予我帮助的老 师及同学，感谢他们陪我度过非常愉快和难忘的大学生 活。 ★本课题承蒙国家高技术研究发展计划（863计划）和河 南科技大学毕业设计的资助，特此致谢。
5g/l 15g/l 50g/l Linear fit of 5g/l pH y=6.18786-0.0429*x R=-0.97568 Linear fit of 15g/l pH y=6.12357-0.0623*x R=-0.96099 Linear fit of 50g/l pH y=6.20278-0.07144*x R=-0.98542
pH逐渐降低的趋势，则可看出细菌所生长环境越来越差；而50g/l的pH下降的 逐渐降低的趋势，则可看出细菌所生长环境越来越差； 逐渐降低的趋势 的pH下降的 最快
6.4 6.2 6.0 5.8 5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 4.6 4.4 4.2 0 3 6 9 12 15 18 培养时间/h 21 24 27 30
结论
★ （1）当木糖浓度小于90g/L时，相关性系数均
大于0.99；当木糖浓度等于150g/L时相关系数略 有降低，为0.98。 ★ （2）在10g/L到70g/L的初始木糖浓度条件下牛 粪发酵液都维持较高的最大产氢速率（约为 38～46ml/h）；当木糖初始浓度升为150g/L时最 大产氢速率显著下降（约为8ml/h）。 ★ （3）木糖初始浓度过低或者过高都会使产氢 代谢的停滞期增加。在木糖浓度为15g/L时，产 氢代谢的停滞时间最短（1.49h）；当木糖浓度 为150g/L时，产氢代谢的停滞时间升为12.28h。
木糖为碳源的产氢发酵过程中 的动力学研究
报 告 人：黄俊涛 指导老师：任云利 2009.6.9
论文内容
研究背景及研究目的 实验内容 数据拟合 主要结论 致谢
研究背景及研究目的
化学法： 化学法：能耗大、效率低，污染严重 生物法： 生物法：反应条件温和，能源具有可再生性
CO2
转化
生物 反应
CO2 燃料 电池