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厌氧发酵生物制氢技术的研究

李晨林

  本研究使用牲畜粪便堆肥和活性污泥作为天然厌氧微生物来源,经简单处理后,将含碳水化合物的模拟废水转化为清洁能源—氢气,实现了产能和降废的双重目的。使用修正的Gompertz方程式作为产氢过程的数学模型,利用正交实验设计描述环境因素:反应时间、底物浓度、pH值等对厌氧发酵产氢过程的影响。对于蔗糖模拟废水,实现持续产氢的适宜环境条件为:初始pH值范围为5.4±0.2,底物浓度范围为4.0±0.5g/L。每克蔗糖累积产氢量最高可达146mL,气相中氢气浓度最高可达61%,整个反应过程中没有甲烷生成。对于淀粉模拟废水,实现持续产氢的适宜环境条件为:初始pH值范围为7.0~8.0(对应于反应体系pH=4.5~5.5),底物浓度范围为4~5g/L。在底物浓度为5g/L,初始pH值为7.5和底物浓度为4g/L,初始pH值为7.0时,分别获得了较好的产氢潜势(166mL/g淀粉,161.4mL/g淀粉)和较高的产氢速率(9.0mL/h,8.5mL/h)。对于麦芽糖模拟废水,实现持续产氢的适宜环境条件为:麦芽糖浓度为10g/L,pH值在4.5~5.5之间,可达到较好的产氢效果。当pH值在5.0时,产氢潜势P达到最大值180mL/g麦芽糖,产氢速率R达到4.0mL/h。对代谢途径的分析实验表明,梭状芽孢杆菌属群(clostridium)在厌氧发酵生物制氢过程中扮演着重要角色,该菌种可从农业堆肥和工业污泥中获得。在上述生物制氢的条件下,含蔗糖和淀粉的模拟废水可同步得到净化处理,模拟废水中COD去除率达40%~60%,最高可达71.4%。在批式培养反应器中实现生物制氢的基础上,进行约100倍规模的放大实验,设计了30升容积的UASB反应器。以郑州污水处理厂活性污泥为菌种来源,以马铃薯淀粉为底物,浓度10g/L,污泥浓度为10gVSS/L,采用中温厌氧反应条件,已实现持续产氢85天。生物氢气浓度可维持在40~51.00%,经碱液吸收后,最高可达97%。放大实验取得了初步的实验结果。……   
[关键词]:生物制氢技术;郑州大学;氢浓度;产氢菌;产氢量;产氢速率;天然厌氧微生物;厌氧发酵
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:郑州大学2002年