从废水中回收沼气能及氢能与电能

厌氧发酵制沼气、厌氧发酵制氢和微生物燃料电池技术是利用微生物在废水处理的同时回收能源的三种主要方式。文章结合相关研究现状,介绍了这三种技术的基本原理及其在废水处理领域的发展状况和展望,并对三种生物能源进行了比较。     

利用Ethanoligenens harbinense R3连续培养的CSTR的启动与运行

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)为实验装置,探讨了利用新型发酵产氢菌R3的生物制氢反应器的启动与运行情况.实验表明,维持反应器内pH在4.5左右、COD启动值为6000 mg·L-1、水力停留时间为8 h等条件,可在30 d内完成反应器内菌种对环境的适应并进入稳定运行阶段,此时系统氧化还原电位(HRT)稳定在-400mV左右.系统内的液相末端发酵产物中乙醇含量最大,占发酵产物总含量的65%,乙醇和乙酸所占比例为95%,系统呈现明显的乙醇型发酵特性.启动和运行阶段的积累产氢量为399.33 L,最大产氢量达15768.8 mL·d-1,最大氢气产率为49.94%.有机氮源可被微生物利用而无机氮源对产氢并无太大影响.使用有机氮源和磷源时积累产气量、积累产氢量和发酵液相末端产物与空白对照相比有所增大.     

厌氧发酵产沼气过程中脱氢酶活性检测工艺及其优化

为了优化脱氢酶活性这一指标在厌氧发酵产沼气系统中的检测方法,分别以小麦秸秆、羊粪及其混合原料(质量比1∶1)为发酵底物,通过Box-Behnken试验及响应面分析法确定并优化了沼气发酵系统中碘硝基四唑紫法脱氢酶活性的检测工艺,并对脱氢酶活性与甲烷产量进行了相关性分析.结果表明,3种底物均以乙醇作为萃取剂,以甲醛作为终止剂时显色效果最好.分别以秸秆、粪便及其混合为发酵底物时,脱氢酶检测在pH值分别为6.5、7.2、7.7,反应温度均在37℃下,碘硝基四唑紫质量分数均为0.15%,反应时间均为50 min时比色效果最好.相关性分析显示,厌氧发酵产沼气系统中脱氢酶活性与甲烷产量相关性显著.     

玉米秸秆与牛粪预混联合发酵工艺研究

利用食草牲畜粪便牛粪中含有纤维素分解菌的特性,以及木质纤维素可被纤维素分解菌分解为可被光合产氢微生物利用的还原糖和小分子酸等物质的特点,以还原糖产量为参考指标,研究玉米秸秆与牛粪预混联合发酵过程中p H值、预处理时间、预处理温度和粒径等因素对纤维素分解菌的生长和还原糖产量的影响,并利用联合发酵糖化液进行光合生物制氢。结果表明,单因素分析下的最优工艺条件为:p H值6.0~7.0,预处理温度50℃,预处理时间7 d,玉米秸秆粒径0.097 mm。优化工艺条件下的发酵液产氢量最大,达498.67 m L,说明该技术可行。     

三甲酚生产及尾气制氢装置HAZOP分析

为积极推进对采用危险化工工艺的化工装置开展危险与可操作性分析（HAZOP分析）工作,进一步完善企业隐患排查治理常态化机制,某制药厂委托笔者所在单位对该厂三甲酚生产及尾气制氢装置进行了HAZOP分析。     

不同有机负荷下餐厨垃圾两相连续式厌氧发酵特征研究

在中试规模条件下,以餐厨垃圾为发酵底物,研究有机负荷对两相连续式厌氧发酵的影响。为实现餐厨垃圾资源化利用提供依据。结果表明:有机负荷(COD)在4.33,5.45,7.33,7.40,10.85,11.40 kg/(m3·d)时,发酵实验均顺利进行,COD平均去除率达到85%,平均沼气产率为463 mL/g,没有出现氨氮抑制现象。随有机负荷的增加,两个反应器中COD和VFA均呈上升趋势,氨氮和硫化物也在波动中呈上升趋势,且产酸发酵液COD和VFA含量均高于产甲烷发酵液,产酸发酵液氨氮和硫化物含量均低于产甲烷发酵液。     

预处理方法对香蒲厌氧发酵联产H2-CH4效能的影响

通过厌氧发酵动力学分析、还原糖及其他代谢产物变化情况,结合香蒲微观结构解析,系统研究酸(HCl)、碱(NaOH)、酶(纤维素酶R-10)3种预处理对水生植物厌氧发酵联产H₂-CH₄的影响. 结果表明:香蒲分别经酸、碱、酶3种预处理后,厌氧发酵联产累积H₂、CH₄产量及含量均显著提高,c(HCl)、c(NaOH)均为1.0mol/L, w(纤维素酶R-10)(以底物计)为10mg/g时,预处理最佳. 其中1.0mol/L NaOH预处理香蒲效果最佳,φ(H₂)(H₂含量)达30.09%,累积产H₂量(以香蒲干质量计)达11.39mL/g;φ(CH₄)(CH₄含量)最高达67.48%,累积产CH₄量(以香蒲干质量计)达41.87mL/g;还原糖利用率达50.87%,sCOD(溶解性化学需氧量)利用率达66.17%. 纤维素酶预处理后香蒲产CH₄能力显著提高,产CH₄阶段φ(CH₄)最高为71.39%,累积产CH₄量达46.32mL/g,还原糖利用率达72.10%. 扫描电镜微观结构分析表明,碱预处理对香蒲纤维素结构破坏程度最大,可有效增加香蒲与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产H₂-CH₄工艺的快速启动和稳定运行.      

猪和奶牛粪污厌氧发酵中固相磷形态变化分析

采用H2O、NaHCO3、NaOH和HCl连续抽提法分析了猪和奶牛粪污厌氧发酵前后固相磷的形态和含量。结果表明,猪粪厌氧发酵后的出料(沼液)固相中酸溶磷(HCl-P)所占比例为85.50%,较进料显著提高(P0.05);NaHCO3提取态磷(NaHCO3-P)、残留磷、水提取态磷(H2O-P)和NaOH溶性磷(NaOH-P)所占比例分别为5.83%、4.71%、2.15%和1.81%,均较进料有不同程度降低。牛粪厌氧发酵后排放的沼液固相中HCl-P、NaHCO3-P、H2OP、残留磷和NaOH-P所占比例分别为53.73%、19.62%、12.66%、8.60%和5.39%,均较进料无显著变化。沼液固相中各形态无机磷占总磷的比例为60.98%~100.00%。厌氧发酵运行结束后,猪粪沼渣固相中各形态磷含量由高到低依次为HCl-P、NaHCO3-P、残留磷、H2O-P和NaOH-P,分别占沼渣固相总磷的87.43%、5.17%、4.33%、1.79%和1.28%;牛粪沼渣固相中各形态磷含量由高到低依次为HCl-P、NaHCO3-P、H2O-P、残留磷和NaOH-P,分别占沼渣固相总磷的69.74%、9.91%、8.75%、8.30%和3.30%。猪粪经厌氧发酵后,磷由液相向固相转移,而固相中水溶态磷向难溶态磷转化;牛粪沼渣中的磷较猪粪沼渣中的磷更难被作物吸收利用。     

高温碱间歇式处理对互花米草厌氧发酵特性的影响

以互花米草为原料,采用中温(35±1)℃批式发酵的方式,考察了NaOH高温碱间歇式处理对互花米草厌氧消化过程的影响.结果表明,互花米草一次发酵至产气停止,单位TS产气量为263mL/g,发酵过程中出现酸化现象, pH值最低为5.17.二次发酵原料为一次发酵后的固体残余物,主要组分为可分解有机物以及一些难分解有机物,过程中未出现酸化现象, pH值经短暂下降后很快稳定在7.5左右,累积产气量在一次发酵的基础上提高了46%.互花米草单位TS产气量为383mL/g.消化液中有机酸乙酸含量最大,丙酸和丁酸含量相当.     

不同水域凤眼莲厌氧发酵产甲烷研究

采集滇池白山湾、滇池草海、太湖(武进段水域)以及江苏省农科院2号塘生长的凤眼莲,进行了批式厌氧发酵对比试验研究.结果发现,凤眼莲的产气潜力和水体氮磷水平有关系.水体氮磷浓度最高的滇池草海凤眼莲产气量最高,为390mL/gTS(498mL/gVS);水质最好的滇池白山湾的凤眼莲产气量最低,为289mL/gTS(334mL/gVS).白山湾凤眼莲的纤维素、半纤维素和粗蛋白等组分的降解率均最低.4个水体凤眼莲产生的有机酸均以乙酸和丙酸为主,草海凤眼莲发酵产生的有机酸浓度最高,可达2466mg/L,白山湾凤眼莲最低,仅为915mg/L.研究发现水体氮、磷浓度影响凤眼莲化学组分含量的差异及结构组成(根冠比),可能是影响凤眼莲厌氧生物降解性能及产气量差异的主要因素.