高浓度秸秆结合暗发酵和厌氧消化联产氢气和甲烷气

摘要

1.本文采用高浓度玉米秸秆(60g/L)作为产氢底物，通过暗发酵及厌氧消化两阶段发酵生产氢气和甲烷气。在暗发酵产氢阶段，考察和研究了发酵过程中菌种强化、CTAB和碳酸氢铵等几个过程参数对发酵产氢的影响。结果表明在菌株BacillusspFS2011添加量为10％(v/v)、CTAB浓度为30mg/L以及碳酸氢氨浓度为1.2g/L的最优条件下，得到高浓度玉米秸秆最大的氢气产量以及最大产氢速率分别为79.8±1.5mlH2/g-秸秆以及3.78±0.2ml/hg-秸秆。在产甲烷阶段，将氢发酵的废液作为产甲烷的底物生成甲烷。累积甲烷产量、最大产甲烷速率以及COD去除率分别为227±2.5mlCH4/g-COD、436.77±10.5ml/Ld和95±1％。结果表明，通过两阶段发酵，不仅可以将玉米秸秆高效的转变为氢气和甲烷，同时可以高效地去除暗发酵产氢产生的有机废水。与低浓度(≤20g/L)暗发酵产氢相比，本实验产生的有机废水的体积总量降低了三分之二。
　　2.以上述工作中优化后的高浓度玉米秸秆发酵产氢为基础，考察了两种不同的pH控制方案对暗发酵产氢的影响。通过方案1的pH值调控，累积氢产量的平台期消失以及乙酸在液相末端产物中比例的增加使得其累积氢产量相比对照组提高了13.44％，最大累积氢产量达到97.21mlH2/g-秸秆。

目录

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摘要

第一章 前言

1．1 研究背景

1．2 厌氧微生物处理技术

1．2．1 暗发酵产氢

1．2．2 光发酵产氢

1．2．3 微生物燃料电池和电解池

1．2．4 发酵产甲烷

1．3 结合两阶段发酵的产氢过程

1．3．1 耦合暗发酵和光合发酵联合产氢

1．3．2 暗发酵耦合MEC联产氢气

1．3．3 暗发酵耦合厌氯消化联产氢气和甲烷气

1．3 高浓度底物生物制氢研究进展

第二章 两步暗发酵生物降解高浓度玉米秸秆联产氢气一甲烷

2．1 实验材料及仪器

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 秸秆稀酸预处理

2．2．2 天然产氢菌源预处理

2．2．3 菌株FS2011驯化培养

2．2．4 产甲烷反应嚣的驯化与启动

2．2．5 批式实验方法

2．2．6 结合氢发酵-厌氧消化联产氢气和甲烷气

2．3 分析方法

2．3．1 生物气体体积测定

2．3．2 生物气体组成测定

2．3．3 还原糖含量测定

2．3．4 挥发性脂肪酸醇含量测定

2．3．5 COD含量测定

2．4 计算方法

2．5 结果与讨论

2．5．1 高浓度秸秆暗发酵产氢过程参数优化

2．5．2 菌株FS2011强化技术对产氢的影响

2．5．3 表面活性剂ETAB对发酵产氢的影响

2．5．4 碳酸氢氨的浓度对发酵产氢的影响

2．6 两步发酵法联产氢气-甲烷

2．6．1 高浓度秸秆暗发酵产氢的代谢特性

2．6．2 氢发酵废水二次厌氧消化生产甲烷

2．3 小结

第三章 高浓度秸秆暗发酵产氢过程pH的控制策略

3．1 实验材料及设备

3．1．1 秸秆水解预处理

3．1．2 牛粪堆肥预培养

3．1．3 菌株F52011驯化培养

3．1．4 主要实验仪嚣

3．2 实验方法

3．3 分析方法和计算方法

3．4 结果与讨论

3．4．1 对照组

3．4．2 方案1

3．4．3 方案2

3．5 小结

第四章 总结

致谢

参考文献