EGSB生物制氢反应器启动及运行特性研究

摘要

生物制氢技术为解决当今社会的能源危机和环境问题开辟了一条崭新的途径。发酵法生物制氢技术具有能源回收和净化环境的双重功效，已成为国际社会的研究热点。而开发和研制连续流高效新型生物制氢反应器是实现发酵法生物制氢技术产业化的有效途径之一。本研究根据两相厌氧生物处理和生物制氢技术的前期研究成果，以自行开发的EGSB生物制氢反应器为研究对象，以糖蜜废水为基质，结合对微生物相的观察，深入探讨了影响反应器启动的因素和反应器的运行特性。 在对EGSB生物制氢反应器的启动方面，研究了不同容积负荷下启动对发酵类型形成及启动的稳定性的影响。对启动容积负荷分别为4kg/m3·d、8kg/m3·d、12kg/m3·d时，EGSB生物制氢反应器的启动过程进行了分析。启动容积负荷为4kg/m3·d和8kg/m3·d的2个反应器分别在第32d和第15d实现了成功启动，容积负荷为12kg/m3·d的反应器由于其启动容积负荷过高导致启动失败，所以不适宜作为EGSB生物制氢反应器的启动负荷。启动容积负荷为8kg/m3·d优于启动容积负荷为4kg/m3·d的反应器；前者的启动时间比后者缩短了53.1％；启动末期时，前者的平均产氢能力是后者的1.58倍。得出EGSB生物制氢反应器的最佳启动负荷为8kg/m3·d。还研究了分别对接种污泥加热预处理和曝气预处理的启动试验，并与接种污泥未作预处理的启动试验做了对比分析，以容积负荷为8kg/m3·d启动，并采取同样的控制措施，使启动末期的容积负荷达到24kg/m3·d时，经过适当预处理的活性污泥接种至生物制氢反应器有利于反应器的高效启动，在启动末期各项指标均优于污泥未作预处理的对照反应器。试验表明2种预处理方法在小试研究中，在技术上均可行；考虑到生物制氢的工业化应用成本及可操作性，加热预处理的可操作性差，接种污泥曝气预处理更具有竞争性，所以推荐应用曝气预处理方法对接种污泥进行预处理。 为使EGSB生物制氢反应器高效运行和产氢，本试验条件下得到的容积负荷控制范围为24kg/m3·d～96kg/m3·d；EGSB生物制氢反应器在系统容积负荷为95kg/m3·d时，获得了8.43L/L·d的最大产氢速率，此时发酵气中的氢气含量为52.6％；通过对EGSB生物制氢反应器运行过程中，HRT对产氢效能的影响研究得出，EGSB生物制氢反应器最佳HRT为2h。 综合对反应器各运行工艺参数的分析，得到EGSB生物制氢反应器最佳工艺运行条件：反应器的运行温度35.0±1.0℃；膨胀率控制在10～15％；进水COD=8000mg/L；反应器的运行HRT=2h；运行容积负荷VLR=90～96kg/m3·d。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2发酵法生物制氢的研究现状及应用前景

1.2.1发酵产氢微生物

1.2.2发酵产氢的主要影响因素

1.2.3发酵产氢工艺的研究

1.2.4生物制氢技术的应用前景

1.2.5目前发酵法生物制氢研究中存在的问题

1.3 EGSB在废水处理中的应用

1.4本课题来源、研究的目的、意义及主要内容

1.4.1本课题来源

1.4.2本课题的目的和意义

1.4.3本课题的主要研究内容

第2章试验材料与试验方法

2.1试验装置及材料

2.1.1连续流试验装置

2.2接种污泥及试验用底物

2.2.1接种污泥

2.2.2试验用底物

2.3分析方法

2.3.1主要分析项目

2.3.2其它测定项目

2.4显微镜分析方法

2.4.1光学显微镜

2.4.2扫描电子显微镜(SEM)

第3章EGSB生物制氢反应器的启动

3.1生物制氢反应器启动成功的标志

3.1.1生物制氢系统的几种主要发酵类型

3.1.2启动成功的标志

3.2容积负荷的影响

3.2.1 pH及碱度的变化规律

3.2.2 ORP的变化规律

3.2.3液相末端产物的分布变化规律

3.2.4有机物去除及对底物的酸化规律

3.2.5产气(氢)的变化规律

3.2.6最佳启动负荷的确定

3.2.7不同启动负荷启动过程中微生物相观察

3.3接种污泥不同预处理方式对EGSB反应器启动的影响

3.3.1各种预处理方法简介

3.3.2反应器接种不同预处理缺氧污泥的启动研究

3.3.3接种污泥不同预处理方法启动的比较

3.3.4接种污泥不同预处理方法启动过程的微生物相分析

3.4本章小结

第4章EGSB生物制氢反应器的运行特性

4.1 EGSB生物制氢反应器的运行特性

4.1.1运行过程中容积负荷的提高方式

4.1.2运行过程中pH的变化规律

4.1.3运行过程中ORP的变化规律

4.1.4运行过程中COD去除的变化规律

4.1.5运行过程中液相末端产物和酸化率的变化规律

4.1.6运行过程中产气(氢)的变化规律

4.2水力停留时间对产氢效能的影响

4.2.1运行过程中HRT的控制策略

4.2.2不同HRT下产氢速率和氢气含量的变化规律

4.2.3不同HRT下其他相关运行参数的变化规律

4.3 EGSB反应器最佳工艺条件的确定

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明和哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢