生物膜法光发酵制氢的研究现状与展望

21世纪被誉为氢能世纪.光发酵制氢作为绿色可持续生物制氢方式的一种,可以利用独特的光合系统固定太阳能,并利用有机物产生清洁能源氢气,因而受到广泛关注.但光发酵细菌凝集力差、底物转化效率和光能利用率低导致产氢效能下降,从而阻碍了光发酵制氢的发展.光发酵细菌可以通过形成生物膜而被有效固定,进而增加反应器内光发酵细菌的生物持有量,提高光发酵细菌对不利环境的抵抗力;同时,光发酵细菌形成生物膜后可以调控产氢细菌新陈代谢和生理活性使其更利于产氢.其中,光发酵生物膜反应器的设计尤为重要,尤其是反应器内光源的均匀分配对于光发酵制氢是一项关键因素,需要对光源设计、空间摆放和遮光性进行综合分析和设计;其次,需要考虑载体性质和载体安装以充分吸附光发酵细菌并形成生物膜;同时,结合未来可持续绿色发展的需求,光发酵生物膜反应器设计需要逐步过渡到以室外环境作为常规环境和太阳作为光源.尽管光发酵生物膜制氢前景良好,但目前对于光发酵生物膜反应器和制氢机制的研究仍然不够充分,需要更加深入地探索和优化以突破光发酵制氢的瓶颈,推动氢能行业的发展.     

发酵制氢微生物与高效发酵途径的研究进展

近年来发酵生物制氢技术在国内外备受关注,如何确保稳定、持续、高效的产氢效率和产氢速率成为生物制氢研究的重要方向。文章结合国内外最新研究进展,从微生物发酵产氢的菌种种类、复合方式、固定方法,以及发酵制氢途径等方面进行阐述如何提高产氢效率和产氢速率,并对生物发酵制氢在未来的发展方向进行了分析和展望。     

生物制氢技术的研究进展与应用前景

氢气作为一种清洁的、可更新的能源，正被进一步发展与利用。生物制氢技术与其他制氢方法相比，具有无污染、成本低、可再生等优点，受到广泛的关注。在综述了目前国内外生物制氢技术各个方面的研究进展和成果的基础上，详细描述前景。了光合产氢细菌及厌氧发酵产氢细菌等主要产氢生物的产氢机制，分析了面临的问题，论述了研究的发展方向和应用     

发酵生物制氢反应器研究进展

发酵法生物制氢受到广泛关注。在发酵细菌制氢过程中,反应器的设计和运行模式对产氢量和产氢速率具有重要影响。暗发酵生物制氢反应器主要包括序批式制氢反应器和连续流制氢反应器,其中序批式制氢反应器操作简单和容易控制,主要用于实验室研究;从经济性和实用性的角度考虑,连续流制氢反应器是实现工程应用的关键。文章综述了影响发酵制氢的影响因素:菌种准备、环境条件、营养条件和一些其他因素等。并分析了几种常用连续流发酵制氢反应器类型及其应用状况。     

糖蜜、淀粉与乳品废水厌氧发酵法生物制氢

采用连续流厌氧发酵法研究了糖蜜废水、淀粉废水与牛奶废水生物制氢,讨论了有机物中3大类物质的厌氧发酵产氢的可行性,并对几种底物的产氢稳定性进行了探讨.结果表明,糖蜜废水与淀粉废水都是较好的厌氧发酵法生物产氢底物,在3大类有机物中碳水化合物是目前技术条件下最具有可能性的原材料.在碳水化合物中,溶解性好的糖比溶解性差的淀粉在目前的技术条件下具有生物产氢可行性,而淀粉比溶解性糖更具有产氢前景.不同底物厌氧生物制氢的生态位范围有所不同,对于溶解性好的糖,稳定运行的工程控制参数为pH 4.5±0.3,而溶解性较差的淀粉废水为pH 4.0±0.2;厌氧发酵产氢的ORP值也随底物的不同而不同,但总体必须低于-220mV,在-300mV左右时较好.牛奶废水不适用于作为CSTR反应器中发酵法生物制氢底物.     

生物载体强化的连续流生物制氢反应器的运行特性

在连续流搅拌槽式反应器(CSTR)中填加比重为1.54 g/cm³,粒径小于2mm的多孔物质,以糖蜜废水为底物利用活性污泥制取氢气.考察了填加生物载体后生物制氢反应器连续流稳定运行的系统特性.研究表明,投加生物载体能够扩大产氢细菌的活性范围,提高系统的抗冲击负荷能力和耐低pH值的能力,增加系统稳定性,并且可使系统在低HRT下保持较高的生物量.此连续流生物制氢反应系统的最佳发酵类型为乙醇型发酵,适宜的pH值范围为3.8～4.4,气相中的氢气含量约为40%～57%,最大产氢速率为0.37L/(g·d).降低pH值可抑制厌氧发酵过程中出现的产甲烷菌群,加速产氢反应器的启动.     

氢能的重要性和制氢方法浅析

氢能是一种储量丰富、热值高、无污染的新能源.常见的工业制氢方法有:化石燃料制氢工艺、电解水制氢,催化热分解碳氢化合物制氢,生物制氢等.当前世界范围内的制氢研究十分活跃,开发氢能源及在未来发展氢能经济对于经济高速增长、能源进口依赖较大、消耗与日俱增的我国,具有十分重要的战略意义.     

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。}     

水力停留时间对复合式厌氧折流板反应器乙醇型发酵制氢系统的影响

水力停留时间(HRT)是厌氧生物制氢工艺的重要工程参数.以红糖废水为底物,研究了HRT对复合式厌氧折流板反应器(HABR)作为乙醇型发酵制氢系统产氢效能的影响.结果表明,在设定的8~36 h范围内的5个HRT中,当HRT为12 h时,HABR制氢系统的效果最佳,产氢速率为13.86 mmol·(h·L)-1,COD去除率为51.51%,五格室的pH值在4.22~4.47之间,液相主要产物为乙醇和乙酸,第1~5格室乙醇和乙酸的比值分别为1.90、1.94、1.80、1.77、1.91,最佳能量生产为11.11 kJ·(h·L)-1.     

对微生物制氢工艺的改良与调控研究

氢作为一种清洁高效的可再生能源日益受到人们的重视。本文探析了微生物制氢工艺影响因素,着重从温度、PH值、基质、离子浓度等方面来分析其工艺方法,并就微生物制氢系统代谢调控展开探讨,阐述其应用进展。     

一株高效产氢产酸细菌的鉴定与产氢特性

采用各种厌氧培养技术分离出90余株产氢细菌,并对其中的Rennanqilyf3进行了研究.通过16S rDNA碱基测序和比对证实,该菌株是目前尚未报道过的1个新菌种,并初步确定其细菌学上的分类地位.在培养基中分别配置不同的葡萄糖浓度和不同pH值,于间歇试验条件下测定其产气量和细菌生长情况.结果表明,菌株Rennanqilyf3在葡萄糖浓度为,15.0g/L时具有最大的细胞生长量0.46g/L,12.0g/L时具有最大产氢量58.6mmol/L;其最佳生长和产氢的pH值为5.5左右.     

4-CP在零价铁/H2O2系中的降解研究

文章对4-氯酚在非均相零价铁/H2O2体系中的降解进行了实验研究.结果表明,4-氯酚能在低pH零价铁/H2O2体系中迅速降解.pH对降解具有重要影响,当pH大于5,4-CP降解效果<10%.同时在低pH(pH3)环境下考察了铁粉和H2O2投加量的影响,在最佳条件下对溶液中亚铁离子的形成和过氧化氢的分解进行了进一步的实验研究.最后在对中间产物分析的基础上提出了4-CP降解路径假设.     

极板材料对三维电极反应器处理苯酚模拟废水的影响

采用铁板、石墨、钛涂钌铱3种阳极材料和多孔石墨、活性炭纤维、不锈钢3种阴极材料对三维电极反应器处理苯酚模拟废水进行研究,并分析了不同极板材料对H2O2产量及对苯酚去除率的影响.结果表明,不同的阴阳极材料体系中,H2O2产量和苯酚的去除率有较大差异,钛涂钌铱电极更适合作为反应体系的阳极,铁板作为阳极存在着在电解过程中产生大量铁泥污染以及损耗严重等缺点.多孔石墨、活性炭纤维、不锈钢3种阴极材料中,活性炭纤维显示出了良好的矿化能力.当采用钛涂钌铱极板作为阳极,活性炭纤维作阴极,此时苯酚的最大去除率可达到92.1%.     

H_2O_2与UV工艺对铜绿微囊藻灭活特点比较

以铜绿微囊藻为研究对象,考察了H2O2与UV工艺对铜绿微囊藻的灭活特点及光合活性的影响.结果表明,在0～2mmol.L-1H2O2投加范围内,随H2O2投加量的增大,对铜绿微囊藻的灭活效果不断提高,藻的光合活性不断下降;而投加量超过2 mmol.L-1后,灭活率并无明显提高;UV工艺对铜绿微囊藻有较好的灭活效果,在藻浓度为35×108个/L条件下,紫外线剂量达91.8 mJ.cm-2即可使藻停滞生长7 d以上;UV工艺对藻光合活性的降低效率高于H2O2工艺,且各活性参数随紫外线剂量的升高呈指数衰减;在达到较好的灭活效果时,UV工艺对藻液UV254升高的控制优于H2O2工艺.     

CWPO催化剂的制备及对直接紫D-BL染料废水的脱色

通过混合浸渍焙烧法制备一类载Cu-La-Mo沸石催化材料(Z/CLM),并通过静态和动态试验研究Z/CLM材料在CWPO法中对直接紫D-BL模拟染料废水的脱色效果.结果表明,制备Z/CLM材料的最佳条件为采用60~80目的天然沸石作为载体浸渍铜、镧和钼的混合盐溶液,在600℃焙烧0.5h;在静态试验中,当pH在7.10,H2O2为8.33mL/L时,直接紫D-BL的去除率达95.15%,染料废水的温度和NaCl浓度对去除效果有促进作用;且通过动态流化床实验可得Z/CLM材料对直接紫D-BL的去除能力为37.82mg/g.     

微波紫外无极碘灯降解硫化氢气体

采用微波激发方式使无极碘灯发生放电,产生207 nm紫外辐射,并用于降解H₂S气体.考察了初始ρ(H₂S)、停留时间和微波电源功率等因素对H₂S降解的影响.结果表明:H₂S在微波无极碘灯停留时间为1.75 s时,其降解率随初始ρ(H₂S)的升高而降低.初始ρ(H₂S)为57.5 mg/m3时,H₂S降解率为20.5%;初始ρ(H₂S)为7.3 mg/m3时,H2S降解率可达到64.2%.在保持初始ρ(H₂S)及停留时间不变的情况下,H₂S降解率随电源功率的增加而提高.H₂S经微波碘灯光解后的最终产物含有SO₄2-.      

Fenton 试剂液相氧化法净化含H2S 的气体

利用Fenton 试剂液相氧化法净化含H2S 的气体,研究了初始pH 值、温度、H₂S 浓度、H₂O₂ 浓度、气体流量、[H₂O₂]/[ Fe²⁺]比值、金属离子等因素对H₂S 去除率的影响.结果表明,当pH<2.52 时,pH 值升高,去除率逐渐提高;当pH>2.52 时,去除率下降;pH=2.52 时,去除效率最高.去除率随H₂O₂ 浓度增加而提高;H₂O₂ 浓度一定时,去除率随[H₂O₂]/[Fe²⁺]比值的增加而升高;[H₂O₂]/[Fe²⁺]接近于1 时达到最大.温度提高,去除率提高.实验条件下,去除率随气体流量的增加而下降.入口H2S 浓度越低去除率越高.Fe3+对Fenton 反应有促进作用,添加金属离子的Fenton 试剂氧化H2S 能力顺序为Fe²⁺+Fe³⁺>Fe²⁺>Fe³⁺.     

聚苯乙烯基阴离子交换纤维去除H2S气体的研究

通过聚苯乙烯基阴离子交换纤维和活性碳纤维和活性碳纤维对恶臭的H2S气体去除过程的研究，指出了其除臭机理及吸附特征，并与传统的净化材料进行了比较，结果表明，聚苯乙烯基阴离子交换纤维对H2S气体的吸附除物理吸附外，更主要的是化学吸附，聚苯乙烯基离子交换纤维是H2S恶臭气体的理想吸附剂。     

UV－H2O2法去除亚硝酸盐氮和氨氮的研究

用H₂O₂、紫外光(UV)辐射促进H₂O₂方法考察了水中NO-₂和NH+₄的氧化,结果表明,NO-O₂能被H₂O₂有效地氧化,而NH+₄不能被NO-₂和H₂O₂氧化,但UV辐射均有助于反应进行,使反应速率加快。      

催化剂对H2O2降解苯酚废水的影响研究

通过实验研究了Fe2+对H2O2降解苯酚废水的影响.结果表明,Fe2+作催化剂时CODCr去除率随Fe2+浓度增大先升高后降低,当废水中Fe2+浓度为6.4mmol/L时,CODCr去除率高达91.25%;有Cu2+或PO3-4存在时,会对H2O2氧化苯酚废水产生不利影响.