发酵生物制氢反应系统生物强化技术研究

摘要

发酵法生物制氢技术，以生物质为原料进行可再生能源物质-氢气的生产，符合可持续发展战略的要求，已成为世界各国竞相开发的高新技术之一。本文以混合菌种的连续流发酵生物制氢系统为基础，对生物制氢反应系统的生物强化技术进行了深入的研究，这一研究对进一步提高系统的产氢能力，加速发酵法生物制氢技术的工业化进程具有重要意义。 本文将生物强化技术引入生物制氢领域，确定了连续流发酵法生物制氢工艺的最佳生物强化控制参数和高效菌种的投加技术。研究表明，系统在一定控制条件下达到稳定运行状态，在容积负荷为12kgCOD/m3·d、HRT6h、反应器内MLVSS为10.38g/L时，投加高效产氢菌种B49，在投加量为5％的条件下，强化处理后的反应系统，除ORP基本保持不变外，其产气和产氢能力、液相末端发酵产物、pH值、糖转化率等均发生了变化。其中糖的转化率从94.8％增加到96.3％，反应混合液的pH值从4.7下降为4.3～4.4，乙醇型发酵的目的产物乙醇和乙酸在总发酵产物中的比例也从73.6％提高到86.6％，平均产气能力和平均产氢能力分别提高了12.9％和18.0％。而且，生物制氢系统的生物强化作用有利于进一步提高反应系统的运行稳定性。 通过小试基础性试验的指导，将生物强化技术应用于工业化生物制氢反应系统。研究表明，系统在一定控制条件下达到稳定运行状态，在容积负荷为28.9kgCOD/m3·d、HRT8.6h、反应器内MLVSS为6.34g/L时，采用半连续生产和半连续投加高效产氢菌种Yuan-3的方式，投加菌种量为0.89％，对工业化发酵产氢反应系统进行生物强化技术处理。当工业发酵生物制氢反应器达到相对稳定状态时，单位反应器的产气率和产氢率比投菌前分别提高了15.7％和17.1％；单位生物量的产气率和产氢率比投菌前的产气率和产氢率分别提高了25.2％和27.7％。总糖的转化率超过了95.0％，反应系统的pH值维持在4.4～4.9之间，乙醇型发酵的目的产物乙醇和乙酸在总发酵产物中的比例也从88.9％提高到93.0％。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2生物制氢技术的主要研究方向

1.2.1光合法生物制氢技术

1.2.2发酵法生物制氢技术

1.3生物制氢技术的发展现状

1.3.1高效产氢菌种的分离和筛选

1.3.2生态因子对产氢能力的影响

1.3.3混合菌种产氢技术的崛起

1.4生物制氢技术的应用前景

1.5本课题的目的、意义与主要研究内容

1.5.1课题来源

1.5.2研究的目的和意义

1.5.3主要研究内容

第2章试验装置与方法

2.1试验装置及工艺流程

2.2试验方法

2.2.1污泥的接种、驯化及高效产氢菌种的来源

2.2.2试验用底物

2.2.3高效产氢细菌的培养方法

2.3分析项目与方法

2.3.1糖分的测定方法

2.3.2液相发酵产物分析

2.3.3发酵气体中氢气含量的测定

2.3.4微生物细胞干重的测定

2.3.5氧化还原电位

第3章小试生物制氢反应系统的生物强化技术研究

3.1生物强化技术的应用现状

3.1.1生物强化技术在废水治理中的应用

3.1.2生物强化技术在其它领域的应用

3.2生物制氢系统中生物强化技术的主要控制参数研究

3.2.1反应器强化处理时期

3.2.2水力停留时间

3.2.3高效产氢菌种的选择

3.2.4高效菌投加方式

3.2.5高效菌投加剂量

3.2.6活性污泥絮体与生物强化作用

3.3生物制氢系统在生物强化作用前后变化的对比分析

3.3.1生物强化处理前反应器的运行状态

3.3.2生物强化处理前后产气速率的比较

3.3.3生物强化处理前后的液相发酵产物比较

3.3.4生物强化处理前后的pH值比较分析

3.3.5生物强化处理前后的氧化还原电位比较分析

3.3.6生物强化处理前后的综合对比

3.4本章小结

第4章工业化生物制氢反应系统的生物强化研究

4.1有机废水发酵法生物制氢工艺

4.1.1有机废水发酵法生物制氢系统的工艺特点

4.1.2生物制氢反应器

4.1.3有机废水发酵法生物制氢工艺流程

4.2反应器生物强化处理前的运行状态

4.3生物强化运行

4.3.1高效发酵产氢菌种的生产与投加

4.3.2运行控制

4.3.3 pH和碱度变化

4.3.4液相末端发酵产物

4.3.5运行过程的产氢情况

4.3.6运行过程的COD变化

4.3.7运行过程的总糖变化

4.3.8运行过程的生物量变化

4.3.9生物强化处理前后的综合对比

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

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致谢