利用有机质发酵产氢的影响因素与应用前景

煤、石油等化石能源的紧缺,使得氢气等可再生能源的开发与利用备受关注.生物制氢技术由于在获得清洁能源氢气的同时,还使得大量有机废弃物得到处理或净化,从而使得该技术成为当前研究的热点.总结了发酵产氢的微生物种类及产氢基质,阐述了不同有机物种类的发酵产氢机理,综述了温度、pH值、金属离子、气相条件及氧化还原电位等生态因子对发酵产氢的影响,并论述了生物制氢技术的发展方向和应用前景.     

有机废弃物氢发酵制备生物氢气的研究

在批式培养实验中以有机废弃物为原料,通过厌氧生物发酵制备生物氢气研究了菌种来源、有机废弃物种类对产氢能力的影响,以及生物氢发酵过程中液相组成的变化以活性污泥为菌种来源,以淀粉为底物,在30L改进的UASB反应器中进行了放大实验,生物气中氢气浓度达40%～51%,CO₂浓度为49%～60%,且没有检测到甲烷气体,生物气经碱液吸收后氢气纯度大于97%持续产氢时间超过120d.     

农业废弃物沼气干发酵技术研究进展

我国农业废弃物产量巨大,大部分废弃物因得不到合理利用而被丢弃,造成了环境污染。沼气干发酵技术有较高的废物处理效率,具有运行费用低、有机负荷大、需水量小和产生沼液少等优点,能有效解决农业废弃物的处置和能源化利用问题。综述了厌氧发酵过程机制及农业废弃物干发酵产沼气的研究现状,并对干发酵的应用前景和发展趋势进行了展望。     

厌氧活性污泥工艺生物发酵产氢能力研究

 为了获得廉价氢气，开发新能源，利用厌氧活性污泥对有机废水的发酵作用制取氢气，应用研制的连续流生物制氢反应器进行试验。结果表明，碳水化合物的产氢─产酸过程是通过乙醇型发酵。在最佳运行条件下，产氢能力达0.42～0.47LH2/L·h，气体产率达0.3m^{3发酵气/kg进水COB。还探讨了COD容积负荷、搅拌器转速等运行参数对产氢能力的影响，提出了获得较高产氢能力的工程控制对策，为进一步开发生物制氢技术，实现工业化提供了依据。}     

不同产酸发酵菌群产氢能力的对比与分析

重点对乙醇型发酵菌群和丙酸型发酵菌群的产气及产氢能力进行了对比研究,并对发酵菌群由丙酸型演替为乙醇型过程中的产氢速率变化进行了分析.在有机负荷相同的条件下,乙醇型发酵菌群表现出较高的产氢速率和比产氢速率,最大产氢速率为14.99L/d,最大比产氢速率为3586.45mmol/(kg·d).而丙酸型发酵菌群产氢速率和比产氢速率都较低,分别为3.62L/d,196.46mmol/(kg·d)生物制氢反应器在运行中维持乙醇型发酵更有利于获得较高的氢气产量,应尽量避免丙酸型发酵的发生.     

湿热预处理对餐厨废弃物厌氧产氢发酵类型的影响

通过批试验分析湿热预处理前后餐厨废弃物CODs(溶解性化学需氧量)、CODt(总化学需氧量)、粗蛋白浓度、碳氮比(C/N)等指标及代谢产物的变化,研究湿热预处理对餐厨废弃物厌氧发酵类型和产氢效能的影响。采用Gompertz动力学模型分析经湿热预处理后厌氧发酵系统启动速度、累积产氢量、产氢速率的变化。结果表明,餐厨废弃物经150℃湿热预处理30 min后,可浮油脱出量高达97.5 mL/kg,CODs和C/N变化显著;VFAs(挥发性有机酸)和乙醇浓度分析表明,湿热预处理可使餐厨废弃物厌氧发酵产氢的产酸类型从丙酸型发酵转变为丁酸型发酵。在微生物的作用下,湿热预处理时间为30 min时,经90℃处理后餐厨废弃物中的丁酸等VFAs进一步降解转化为乙酸、CO2和H2,比产氢量最高为242.1 mL/g(以VSS计)。湿热预处理可以改变餐厨废弃物中碳水化合物、蛋白质和脂肪的理化性质,影响其厌氧发酵产氢产酸类型,达到改善餐厨废弃物厌氧发酵产氢效能的目的。     

我国有机废弃物农业利用生态工程

本文将运用生态工程进行有机废弃物农业利用的主要途径划分为饲料、作肥料，作能源，作培养和多层次循环利用五种方式，论述了中国有机废弃物农业利用的历史，现状与水平，对作物秸杆，畜禽粪便，沼气发酵残余物和有机垃圾农业利用的主要生态工程和效益作了分析，并探讨了当前有机废弃物农业利用中存在的主要问题和未来发展趋势。     

乙醇型发酵过程优化及代谢调控分子机制

乙醇型发酵是3种主要厌氧产酸发酵类型之一.乙醇型发酵细菌具有高产氢效率、耐酸性、自凝集生长和发酵产物可直接被产甲烷利用等优势,因此被广泛关注和研究.近年来,在乙醇型发酵产氢过程优化和代谢途径研究方面取得了大量进展.本文对乙醇型发酵产氢反应器优化和运行控制、高效产氢细菌分离和代谢调控分子机制,以及耦合系统强化能源回收等研究进展进行了综述.此外,本文提出了乙醇型发酵的可持续高效产氢及代谢产物的定向回收梯级利用的思路,探讨了乙醇型发酵制氢技术的发展趋势和未来应用中存在的问题.     

日本城市有机废弃物甲烷发酵资源化系统案例分析及最新研究进展

为建设可持续发展社会,日本近年来大力推动甲烷发酵以实现城市有机废弃物的减量化和资源化。首先介绍了日本城市有机废弃物资源化的2个实用案例,长冈市厨余垃圾沼气发电中心和丰桥市生物质资源利用中心的设计和运营状况。两者的长期稳定运行及产能效果验证了甲烷发酵技术在城市有机废弃物减量化和资源化上的可行性。其次,为了应对社会发展趋势和城市有机废弃物处理的技术需求,介绍了日本有关厨余垃圾、污泥以及废纸（城市有机废弃物的3大组分）的单独发酵及共发酵的部分研究成果。此外,简要介绍了应用厌氧膜生物反应器（AnMBR）进行相关高效甲烷发酵的最新研究成果。并根据实用案例调查和实验研究结果,以100万人口城市为例,对城市有机废弃物的各种甲烷发酵系统的产能效果进行了模拟概算。     

ABR发酵系统运行特性及产氢效能研究

为解决连续流搅拌槽式反应器(CSTR)发酵制氢系统存在的不足,如单位基质氢气转化率低、因搅拌带来的耗能,抗负荷冲击能力不强等问题,开展了厌氧折流板反应器(ABR)发酵产氢的研究.结果表明,在35℃和进水COD 5000mg/L等条件下,ABR系统可在26d达到乙醇型发酵,其比产氢速率为0.13L/(gMLVSS·d),而在同样条件下, CSTR达到乙醇型发酵后,比产氢速率仅为0.06L/(gMLVSS·d).ABR通过生物相的分离,使产氢系统梯级利用有机物并达到深度产氢的目的.与CSTR相比,ABR具有较高的产氢活性、较低能源消耗等优点,是一种较为理想的有机废水发酵制氢反应设备.     

Solid and liquid residues as raw materials for biotechnology

In the past few decades huge amounts of solid and paste-like wastes of domestic and industrial origin have been deposited on sanitary landfills worldwide. Only a small proportion was incinerated, where incineration plants were available. Since primary resources, such as ores for metal production or crude oil for the production of gasoline, diesel, solvents and plastics, or coal and natural gas as sources for energy or chemicals are not available in unlimited quantities, and because the deposition of residues, wastes and worn-out commodities on sanitary landfills causes pollution of the atmosphere, the soil and the groundwater due to hazardous gaseous emissions and toxic leachates, wastes from households and from industry must be avoided or minimized at an early stage. Whenever waste material can be recycled it must be re-introduced into production processes and the non-recyclable fractions should be used as a fuel for energy recovery. After incineration, the highly toxic dust fractions of ashes and slags resulting from burning the wastes should be deposited on sanitary landfills, while the granulated mineral slag fractions could be used as a substitute for the sand in cement as a construction material. Here we review various processes for the treatment of organic fractions of differently composed wastes to upgrade them to more valuable, re-usable products or at least to recover their energy content. Upgrading processes of organic wastes include composting, biogas fermentation, production of organic acids and solvents, and biopolymer or biosurfactants production. We also include biological purification procedures for the most important components of wastes, such as chitin from the shells of Crustaceae. Typical examples from pilot-scale or full-scale studies are discussed for each process.     

固体废物厌氧暗发酵生物产氢技术进展

文章总结了固体废物厌氧发酵生物产氢技术进展,包括产氢废物种类、暗发酵生物制氢方向、微生物培养、生物工艺条件以及一些新近研究成果。暗发酵产氢速率快。联合式暗发酵—光发酵是生物产氢工艺中较有前途的方法。富含碳水化合物的有机废物,诸如纤维素与淀粉含量高的农业与食品垃圾以及食品废水,例如奶酪乳与橄榄加工厂以及面包发酵废水等,都可以采用合适的生物工艺技术产氢。     

食品垃圾好氧降解过程中挥发性有机物(VOCs)排放特征

采用实验室模拟方法,研究了混合食品垃圾(FW)及以橙子、生菜、土豆和西红柿为代表的4种植物性易降解有机垃圾组分好氧降解过程中排放出来的117种挥发性有机物(VOCs)的排放量和组成特征.结果表明,混合食品垃圾好氧降解过程中VOCs总排放量为951.80mg·kg-1,主要为有机硫、含氧化合物和萜烯,分别占VOCs总排放量的43.1%、53.3%和2.1%.橙子、生菜、土豆和西红柿4种植物性易降解有机垃圾好氧降解过程中VOCs的总排放量分别为12736.72、118.67、57.40和228.08mg·kg-1,主要成分均为含氧化合物和萜烯;含氧化合物分别占橙子、生菜、土豆和西红柿4种植物性易降解有机垃圾VOCs总排放量的13.5%、80.9%、85.9%和79.5%,萜烯分别占4种植物性易降解有机垃圾VOCs总排放量的86.5%、16.6%、8.2%和15.6%.     

利用有机物厌氧发酵生物制氢的研究进展

主要介绍利用有机物厌氧发酵生物制氢工艺的基本原理和主要途径,并对国内外在厌氧生物制氢领域内的研究现状进行了综述,对厌氧生物制氢在未来的进一步发展进行了分析和展望。     

生活有机垃圾用作沼气发酵原料的参数与特性研究

对分类收集于城市生活的有机垃圾作为沼气发酵原料的相关参数与特性进行了研究。结果显示：来自对固定区域的城市生活有机垃圾，其总体TS（总固体）、VS（近发性固体）、COD含量相对较为稳定，在连续8个月的监测中，其含量的平均值分别为：10．17％、4．64％和8．17％；生活有机垃圾作为整体，在兼氧沤解预处理条件下常温发酵，每公斤TS具有0．389m^3或每公斤COD具有0．499m^3的产气潜力，产气特性表现为，投料2d后进入产气高潮，20d时的产气量达总产气量的90％以上。     

针铁矿对城市生活垃圾有机组分厌氧发酵的影响

利用PVC管构建厌氧发酵反应器,研究了铁氧化物对有机垃圾厌氧发酵过程中产气及垃圾渗滤液特性的影响.结果表明,添加针铁矿能够促进垃圾的水解酸化效率和产气速率,提高产气量至163.4 L,较空白提高了20%.通过对厌氧消化中间产物Fe2+、NH+4-N、NO-3-N、COD以及有机酸的分析表明,铁氧化物的存在有利于降低系统氧化还原电位,有助于提高厌氧微生物的水解酸化效率;铁氧化物的加入能够促进有机酸的转化,从而降低有机酸对厌氧微生物的抑制作用.     

连续流新型厌氧反应器处理固体有机废物研究

采用自行设计的连续流厌氧消化反应器,接种瘤胃微生物后,对纤维素进行连续降解,固体有机物质负荷可以达到14g/L·d。在此符合范围内,反应器内pH值、挥发酸产量及产气量都很稳定,不会对反应产生抑制作用。     

超声波预处理对厌氧生物制氢的可行性探讨

由于能实现废弃物资源化,减少环境污染,制取清洁能源氢气,生物厌氧发酵制氢技术日益受到人们关注。在众多废水生化预处理技术中,超声波技术拥有高效氧化、焚烧、超临界氧化的特点,而且超声波操作简单,对设备的要求不高。本文阐述了厌氧发酵生物制氢的菌种来源、产氢机理及超声波技术在废水处理方面的应用。同时探讨了超声波预处理猪场废水对提高厌氧发酵生物产氢量的可行性,提出了优化性建议。     

Potential use of thermophilic dark fermentation effluents in photofermentative hydrogen production by Rhodobacter capsulatus

Biological hydrogen production by a sequential operation of dark and photofermentation is a promising route to produce hydrogen. The possibility of using renewable resources, like biomass and agro-industrial wastes, provides a dual effect of sustainability in biohydrogen production and simultaneous waste removal. In this study, photofermentative hydrogen production on effluents of thermophilic dark fermentations on glucose, potato steam peels (PSP) hydrolysate and molasses was investigated in indoor, batch operated bioreactors. An extreme thermophile Caldicellulosiruptor saccharolyticus was used in the dark fermentation step, and Rhodobacter capsulatus (DSM1710) was used in the photofermentation step. Addition of buffer, Fe and Mo to dark fermentor effluents (DFEs) improved the overall efficiency of hydrogen production. The initial acetate concentration in the DFE needed to be adjusted to 30–40 mM by dilution to increase the yield of hydrogen in batch light-supported fermentations. The thermophilic DFEs are suitable for photofermentative hydrogen production, provided that they are supplemented with buffer and nutrients. The overall hydrogen yield of the two-step fermentations was higher than the yield of single step dark fermentations.