单室双阳极微生物电解池利用氢发酵废水产氢

为提高微生物电解池(MEC)利用氢发酵废水产氢速率,以丁酸为底物在微生物燃料电池(MFC)中驯化富集阳极产电微生物,采用单室双阳极MEC处理玉米秸秆的氢发酵废水,通过对关键过程参数的优化,实现氢发酵废水高效产氢。结果表明,当外加电压为0.8 V时,产氢速率和玉米秸秆氢发酵废水中COD的去除率分别达到(5.31±0.13)m~3·(m~3·d)~(-1)和(58±2)%。其中,乙酸、丁酸、丙酸、乙醇的去除率分别达到(95±2)%、(76.2±0.8)%、(93±3)%、(98±1)%。与单室单阳极MEC相比,单室双阳极MEC利用玉米秸秆氢发酵废水进行深度产氢的速率提高了1.22倍。此外,MEC生物阳极驯化方式对MEC利用玉米秸秆氢发酵废水产氢具有重要影响。与利用乙酸为底物驯化富集的生物阳极相比,以丁酸为底物驯化富集的生物阳极去除COD的能力和MEC产氢速率都有提高。     

利用有机基质厌氧生物产氢的试验研究

对利用有机基质厌氧生物产氢过程进行了试验研究 ,结果表明 ,污泥种类、基质种类、基质浓度和起始 p H对厌氧产氢反应有显著影响。当校河底泥在以 2 0 g COD/L的果糖为基质 ,起始 p H为 6.5时 ,产氢效果最佳 ,停滞期仅为 5 h,产气速率高达5 0 .1m L/g VSS·h,且可持续 12 h,累积产气量高达 60 4.9m L/g VSS,其中氢气含量约为 5 0 %。半连续试验的结果表明 ,若及时更换和补充基质 ,适当调节 p H,就可实现持续产氢 ,在 16h内平均产气速率可达 60 .0 m L /g VSS· h,氢气含量约为 45 %。     

木薯酒精废水高温厌氧发酵产氢研究

以木薯酒精废水为厌氧发酵产氢底物,以中温(37℃)厌氧颗粒污泥作为接种物.研究了高温条件(60℃)下厌氧发酵产氢的可行性;并比较了60～80℃条件下的累积产氢量,产氢速率和液相发酵产物组成,以确定温度对木薯酒精废水厌氧发酵产氢的影响以及不同温度下厌氧发酵产氢菌的代谢类型.结果表明,60℃时累积产氢量为383 mL(木薯酒精废水用量140 mL)、产氢率为70.0 mL(以每克挥发性固体(VS)计),中温厌氧颗粒污泥适合作为高温条件下木薯酒精废水厌氧发酵产氢的接种物;从60℃升高到80℃时,累积产氢量逐渐下降,最大产氢速率逐渐降低,80℃时产氢完全受到抑翩.70℃为产氢的临界点,低于70℃时厌氧发酵产氢菌的代谢类型属典型的丁酸型发酵,此过程中伴随着大量氢气产生,大于等于70℃时,正丁酸生成受到严重抑制,累积产氢量迅速降低;氢气的产生主要来自于溶解性碳水化合物的分解.     

厌氧暗发酵产氢细菌研究进展

厌氧暗发酵产氢细菌可在暗环境下分解有机物,产生氢气,在厌氧发酵制氢技术发展中发挥重要作用.对近年来国内外产氢细菌的分离、生理特性、产氢能力研究以及实际应用等方面的进展进行了综述,提出了目前产氢细菌研究存在的问题,认为应加强高效产氢细菌的分离、菌群间代谢网络构建以及弱化产氢过程中有机挥发酸的反馈抑制等方面的研究.     

温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢的影响

以猪粪、鸡粪、玉米秸秆、餐厨垃圾和厨余垃圾等5种农业固体废物为底物,采用修正的Gompertz模型,研究了典型农业固体废物暗发酵产氢动力学和代谢产物变化规律,探讨了不同温度和初始pH条件下的主要产氢代谢途径。结果表明:温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢具有显著影响;高温组累积产气量和氢气百分含量显著高于中温组。在55℃高温且pH为6.0的条件下,餐厨垃圾暗发酵产氢效果最佳,累积产气量和氢气百分含量最大,为1 100 mL和73.58%,最大产氢速率和产氢潜力分别为37.11 mL·h~(-1)和660.30 mL;厨余垃圾暗发酵产氢效果次之,鸡粪产氢潜力最差。在暗发酵产氢末期,以鸡粪为底物的代谢产物的氨氮浓度最高,过高的氨氮浓度可能抑制了产氢过程。VFA分析表明:不同底物和条件下丁酸浓度均最高,且含有少量乙醇、乙酸、丙酸等;暗发酵产氢代谢途径是以丁酸型发酵为主的混合型发酵。通过温度、初始pH等非生物性控制因素的优化调控,显著提高了农业固体废物暗发酵产氢潜力和底物利用效率,为生物制氢的技术研发与工程应用提供参考。     

垃圾渗滤液发酵产氢和产甲烷特性研究

以实际垃圾渗滤液作为厌氧发酵基质,研究了初始pH为7.0、中温(37℃)条件下的发酵产氢、产甲烷特性。结果表明,利用垃圾渗滤液作为基质发酵产氢或甲烷时,氢气的最大累积产量为24.33mL(以每克COD计,下同),甲烷的最大累积产量为91.59mL,产氢发酵在初期存在明显的迟滞期,但是产甲烷发酵不存在明显迟滞期;产氢发酵的液相末端产物中含有大量的挥发性有机酸和乙醇,乙醇、乙酸、丁酸质量浓度分别为487.23、1 175.21、1 225.78mg/L,相比产氢发酵,产甲烷发酵的液相末端产物中乙醇、乙酸、丁酸质量浓度均较低,分别为256.38、106.73、107.42mg/L;产甲烷发酵的最终pH是6.32,接近中性,而产氢发酵的最终pH为4.21,呈明显酸性;产甲烷发酵对COD的去除率(41.78%)高于产氢发酵对COD的去除率(32.14%),可能是产氢发酵液相末端产物中的乙酸能被产甲烷菌利用,而被进一步降解。     

初始pH值对提油后藻渣发酵制氢的影响

提油后藻渣的利用和处理对于微藻生物柴油产业的发展具有重要意义.采用批次实验研究了初始pH值(pH值范围为5～9)对提油后藻渣发酵产氢的影响.研究结果表明,提高初始pH值引起累积产氢量和氢气产量逐渐下降.初始pH值从5增加到6.5引起氢气产生速率逐渐增加,而初始pH值从6.5增加到9时,氢气产生速率则逐渐下降.在pH 5...     

内循环厌氧反应器处理养猪场污水基质降解动力学模型研究

依据对IC反应器有机物降解特性的分析,以及对其精细处理区和污泥床区水力流态分别作推流和全混流处理,基质降解速率与微生物浓度之间按一级反应处理的基础上,建立了IC反应器基质降解动力学理论模型.并根据IC反应器处理养猪场污水的试验结果,确定出了反应器在平均温度为(33±0.5)℃条件下污泥床区和精细处理区内基质降解动力学模型.     

富集同型产乙酸菌污泥厌氧产酸

在污泥厌氧发酵产酸过程中,以富集同型产乙酸菌的污泥为研究对象,通过pH值、种泥浓度和底物浓度的变化,对发酵过程中有机酸分布和乙酸累计情况进行实验研究。实验结果表明,碱性条件有利于产乙酸菌的生长,但影响产氢产乙酸菌,尤其是丁酸降解菌的作用。产氢产乙酸菌和同型产乙酸菌的互营作用在发酵6 d后广泛存在;底物浓度过大,产氢产乙酸与同型产乙酸的互营机制受到抑制。     

厌氧序批式反应器产氢

以啤酒厂废水处理厂UASB中的厌氧污泥为种泥,葡萄糖为基质,研究了厌氧序批式反应器产氢。控制反应器内pH为4.0～4.5,温度为（36±1）℃,水力停留时间为8 h,当进水葡萄糖浓度为4 000 mg/L,容积负荷为12 kg/（m3.d）条件下,该厌氧序批式反应器实现了连续高效厌氧产氢。生物气中的氢气含量约为48%～53%,基质产氢率为1.1 mol/mol葡萄糖,COD去除率为15%～25%,最大比产氢速率为84.5 mol/（kg VSS.d）。液相末端发酵产物中乙醇和乙酸的含量占液相末端发酵产物总量的80%以上,表明该反应器内进行的是乙醇型发酵厌氧产氢。厌氧序批式反应器完全可以实现连续高效厌氧产氢,比较适用于日处理量较小的高浓度含糖废水。     

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷条件优化研究

研究了21、37和47 d产甲烷物料代替新鲜污泥接种于污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物的厌氧发酵产甲烷情况,发现接种47 d产甲烷物料的消化系统在最佳接种量50%条件下的产甲烷效能显著优于接种新鲜污泥的消化系统,不仅提高了产甲烷率,还大大缩短了消化时间。并且3种消化系统产甲烷率和比产甲烷率均为47 d37 d21 d,分别为3.78、3.88、6.15 mL/g和0.172、0.277、0.559 mL/(g·d),完成产甲烷过程的消化时间为47 d37 d21 d。在一定的消化时间范围内,产甲烷菌被驯化时间越长,接种于产氢余物中的产甲烷效能越好。     

底物初始浓度对光合细菌产氢动力学特性的影响

实验研究了底物初始浓度对光合细菌产氢动力学特性的影响，并对光合细菌产氢得率和初始底物转化为氢气得率进行比较，分析底物初始浓度对光合细菌产氢代谢的影响，实验发现底物初始浓度为120 mmol/L时最适合光合细菌的产氢代谢，底物初始浓度达到140 mmol/L时，光合细菌主要进行生物量合成和产酸代谢，得到各浓度梯度下的最大生物量，但对产氢代谢产生抑制作用，表明最大生物量与最大的产氢能力之间不成正比关系及光合细菌产生CO2机制与产氢机制不同；光合细菌最大比产氢活性表现在对数生长期，最大生物量出现在稳定期。实验证明，光合细菌对数生长期受底物浓度影响大，底物浓度低，最大生物量所对应的时间相对较早，底物浓度增大，最大生物量所对应的时间相对延后。     

利用废水和固体废弃物中有机质发酵产氢研究进展

总结了发酵法产氢的机理、微生物种类、产氢菌的富集方法 ,综述了利用废水和固体废弃物中有机质生物发酵产氢的最新研究进展及存在的问题     

Harnessing dark fermentative hydrogen from pretreated mixture of food waste and sewage sludge under sequencing batch mode

Food waste and sewage sludge are the most abundant and problematic organic wastes in any society. Mixture of these two wastes may provide appropriate substrate condition for dark fermentative biohydrogen production based on synergistic mutual benefits. This work evaluates continuous hydrogen production from the cosubstrate of food waste and sewage sludge to verify mechanisms of performance improvement in anaerobic sequencing batch reactors. Volatile solid concentration and mixing ratio of food waste and sludge were adjusted to 5 % and 80:20, respectively. Five different hydraulic retention times (HRT) of 36, 42, 48, 72, and 108 h were tested using anaerobic sequencing batch reactors to find out optimal operating condition. Results show that the best performance was achieved at HRT 72 h, where the hydrogen yield, the hydrogen production rate, and hydrogen content were 62.0 mL H₂/g VS, 1.0 L H₂/L/day, and ~50 %, respectively. Sufficient solid retention time (143 h) and proper loading rate (8.2 g COD/L/day as carbohydrate) at HRT 72h led to the enhanced performance with better hydrogen production showing appropriate n-butyrate/acetate (B/A) ratio of 2.6. Analytical result of terminal-restriction fragment length polymorphism revealed that specific peaks associated with Clostridium sp. and Bacillus sp. were strongly related to enhanced hydrogen production from the cosubstrate of food waste and sewage sludge.     

Biohydrogen production through fermentation using liquid swine manure as substrate

In this paper, continuous production of hydrogen through fermentation with liquid swine manure as substrate was researched using a semi-continuously fed fermenter (8 L in total volume and 4 L in working volume). The pH and temperature for the fermenter were controlled at 5.3 ± 0.1 and 35 ± 1°C, respectively, throughout the experiment. Three hydraulic retention times (16, 20, and 24 h) were investigated for their impact on the efficiency and performance of the fermenter in terms of hydrogen yields. The results indicate that hydraulic retention time (HRT) has a strong influence on the fermenter performance. An increasing HRT would increase the variation in hydrogen concentration in the offgas. To produce hydrogen with a fairly consistent concentration, the HRT of the fermenter should not exceed 16 h, which, however, did not appear to be short enough to control methanogenesis because the offgas still contained about 5% methane. When methane content in the offgas exceeded 2%, an inverse linear relationship between hydrogen and methane was observed with a correlation coefficient of 0.9699. To increase hydrogen content in the offgas, methane production has to be limited to below 2%. Also, keeping oxygen content in the fermenter below 1.5% would increase the hydrogen concentration to over 15%. The product to substrate ratio was found to be around 50% for the fermenter system studied, evidenced by the observation that for every 6 liters of manure fermented, 3 liters of pure hydrogen were produced, which was significant and encouraging.     

厌氧产氢ASBR对氮的脱除

在厌氧序批式人工有机污水生物产氢反应器(ASBR)中发现氮"丢失"现象,并对此产氢系统发生脱氮作用的机理和主要影响因素进行了研究。结果表明,在以葡萄糖为发酵底物的厌氧产氢系统中,微生物分别以铵和硫酸盐为电子供体和电子受体发生了硫酸盐型厌氧氨氧化;进水有机物负荷和pH主要通过影响不同种微生物的活性而影响脱氮性能,氨氮和硫酸盐的浓度直接与氮素去除率有关。在最大产氢能力为16 m3/(m3·d)、氢气体积百分比为65%的生物制氢系统中,最大脱氮效率约为64%。产氢效率与氮脱除率呈现负相关关系。研究表明,在控制条件下,可以实现高有机物废水厌氧脱除氨态氮,为生活污水直接厌氧脱氮开辟一条新途径。     

厌氧产氢ASBR对氮的脱除

在厌氧序批式人工有机污水生物产氢反应器（ASBR）中发现氮“丢失”现象，并对此产氢系统发生脱氮作用的机理和主要影响因素进行了研究。结果表明，在以葡萄糖为发酵底物的厌氧产氢系统中，微生物分别以铵和硫酸盐为电子供体和电子受体发生了硫酸盐型厌氧氨氧化；进水有机物负荷和pH主要通过影响不同种微生物的活性而影响脱氮性能，氨氮和硫酸盐的浓度直接与氮素去除率有关。在最大产氢能力为16m3／（m3·d）、氢气体积百分比为65％的生物制氢系统中，最大脱氮效率约为64％。产氢效率与氮脱除率呈现负相关关系。研究表明，在控制条件下，可以实现高有机物废水厌氧脱除氨态氮，为生活污水直接厌氧脱氮开辟一条新途径。     

Kinetics study of fermentative hydrogen production from liquid swine manure supplemented with glucose under controlled pH

Kinetics of H₂ production from liquid swine manure supplemented with glucose by mixed anaerobic cultures was investigated using batch experiments under four different pH conditions (4.4, 5.0, 5.6, and uncontrolled). The temperature for the experiments was controlled at 37 ± 1°C and the length of experiments varied between 50 and 120 hours, depending upon the time needed for completion of each individual experiment. The modified Gompertz model was evaluated for its suitability for describing the H₂ production potential, H₂ production rate, and substrate consumption rate for all the experiments. The results showed that the Gompertz model could adequately fit the experimental results. The effect of pH was significant on all kinetic parameters for H₂ production including yield, production rate and lag time, and the substrate utilization rate. The optimal pH was found to be 5.0, at which a maximum H₂ production rate (0.64 L H₂/h) was obtained, and deviation from the optimal pH could result in substantial reductions in H₂ production rate (0.32 L H₂/h for pH 4.0 and 0.43 L H₂/h for pH 5.6). The results also showed that if pH was not controlled for the batch fermentation process, the substrate utilization efficiency could steeply decrease from 98.8% to 33.7%.