以甜菜和红糖为底物的EGSB生物制氢反应器的启动与运行

摘要

氢气作为能源对于当今世界的资源短缺和环境恶化是一个理想的解决方案。目前的大规模氢气生产技术存在诸多弊端,且缺乏可持续性,导致氢能源的利用率还很低。发酵法生物制氢技术具有应用于大规模生产的潜力,但仍需在提高产氢效率和寻找廉价原料等重要问题上深入研究。甜菜作为一种含糖量很高的经济作物,价格低廉,种植广泛,理论上非常适合作为发酵产氢的底物,本研究根据已有的生物制氢理论,使用甜菜作为底物,通过与高效的膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)结合进行生物制氢实验。另外选择红糖为底物在同一反应器内进行了对比实验。
　　 以红糖为底物的实验中,COD范围从2000～8000 mg/L,启动HRT为6h。COD提升到8000mg/L水平后,HRT依次变为4h、3h、2h,并各持续7d。实验获得了最高为5.73L/(L·d)的产氢速率,此时氢气含量为48.44％,系统HRI为2h,pH值为4.36,OLR为97.2 kg COD/(m3·d)。平均氢气含量为41.27％,pH范围是4.23～4.55。系统达到稳定后,发酵液中乙醇和乙酸为主要产物,形成了典型的乙醇型发酵。
　　 使用甜菜为底物时由于条件的限制,甜菜采取提取液的利用形式。OLR控制策略与使用红糖为底物时相似,经过56天的运行,系统在成功实现了乙醇型发酵的情况下,状态稳定。在COD同为8000mg/L水平,HRT分别处于6h、4h、3h和2h情况下,获得的最大产氢速率分别达到3.80、4.63、4.92和5.54 L/(L·d),pH值范围是3.46～3.86。整个运行阶段产氢速率最高为5.54 L(L·d),此时氢气含量为49.63％,系统HRT为2h,pH值为3.57,OLR为97.9 kg COD/(m3·d)。
　　 通过与使用红糖为底物的实验进行对比,认为甜菜作为底物进行发酵法生物制氢是可行的,但在产氢效果和利用率上仍存在不足,底物的合理制备方式也需要继续深入研究。