光合细菌生物产氢技术的研究进展

光合细菌生物产氢技术能够将光能利用、氢能制备和有机物去除有效地结合在一起,是一种极具发展潜力的氢能生产技术.分析了光合细菌产氢技术的机制与主要影响因素,着重介绍了国内外各种光合细菌生物产氢技术,指出目前研究技术存在的问题,并对其应用前景进行了评述.     

温度和底物浓度对混合菌群木糖厌氧生物产氢的影响

为了获得混合菌群利用木糖进行厌氧发酵产氢的最佳条件,通过批次实验,对中温(35℃)和高温(55℃)下混合菌群利用不同浓度木糖(10~50 g/L)厌氧发酵产氢系统进行了研究。结果表明,35℃下系统累积产氢量和最大氢气产率在底物浓度30 g/L时获得,乙醇和乙酸为主要产氢副产物,但继续提高底物浓度会造成系统VFAs的积累与pH下降,不利于木糖代谢产氢;而55℃下累积产氢量和氢气产率随底物浓度升高持续增长,乙醇为系统主要产氢副产物,VFAs累积量较少。高温下,虽然最大氢气产率和底物木糖降解量比35℃下的低,但有利于获得较为稳定的氢气产量,产氢系统在高底物浓度下也可保持较高的木糖降解率和较为稳定的pH,有利于木糖代谢产氢。     

厌氧浮动生物膜反应器与厌氧折流板反应器处理高浓度有机废水工艺 …

研究了厌氧浮动生物反应器（ＡＦＢＢＲ）与厌氧折流板反应器（ＡＢＲ）处理高浓度有机废水的运行特点,与ＡＢＲ相比,ＡＦＢＢＲ具有较经的抗冲击负荷能力,适合处理２有机废水,ＡＢＲ处理中等强度的有机废水有很强的优势。     

IC厌氧反应器处理有机废水启动实验研究

设计了一套IC反应器装置,接种啤酒厂生产废水消化污泥,采用人工配水对其进行启动运行,考察了IC反应器的启动运行状况、效果及影响因素,并在反应器运行结束后观察了污泥状态的变化.结果表明,容积负荷提高至4.7 kg/(m3·d),出水COD浓度稳定在250 mg/L左右,去除率维持在85%以上,反应器内出现污泥分层现象,颗...     

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。     

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。     

初始pH对原污泥厌氧发酵产氢的影响

市政污泥（简称污泥）厌氧发酵产氢既可解决污泥的出路问题,又能产生清洁能源--氢气,是一种较为理想的处理处置方式。调节污泥适合的初始pH值能够提高污泥的产氢效率。为了考察不同初始pH值对污泥厌氧发酵产氢的影响,将未经任何预处理污泥（原污泥）的初始pH分别调到2.0~12.0,用于批式实验。研究表明：调节原污泥初始pH,适当条件下能促进氢气的生成。初始pH为强酸性条件时,污泥基本不产氢;初始pH在4.0~11.0,污泥总体产氢量也很低;初始pH=12.0条件下,污泥总体产氢量最高,比产氢率达到3.39 mL·（g VS）-1。不同初始pH下污泥的降解均以蛋白质降解为主。酸性条件下,蛋白质及糖类物质有一定降解;中性条件下,蛋白质及糖类物质都得到较好的降解,浓度均较低;碱性条件下,糖类物质的酸化较微弱,但蛋白质却得到较好的降解,降解蛋白质生成的TVFA由于甲烷菌受到抑制而产生积累。     

初始pH值对泔脚发酵产氢余物甲烷化的强化研究

以城市生活垃圾厌氧消化污泥为接种物,考察了初始pH值为5、6、7和8时对泔脚发酵产氢余物中温（36℃）批式厌氧消化的影响。结果表明,当初始pH值低于7时,随着初始pH值的增大,产氢余物的产甲烷能力也随之增大;而当初始pH值高于7时,体系的产沼能力却受到了极大的抑制。结合Gompertz模型拟合结果,初始pH值为7为泔脚发酵产氢余物沼气化的最佳初始pH值,其沼气化的延迟时间λ、产甲烷率、生物气中甲烷的最高体积含量分别为： 4.02 d,379.28 mL/g VS,82.2％。厌氧消化结束后,除初始pH值为5的以外,厌氧消化余物的pH值在 6.8～6.9之间,这为沼气中甲烷的高体积含量（高于常规厌氧消化的最高甲烷体积含量75%）提供了证据。     

木糖高温厌氧发酵产氢的影响因素及两相产氢-产甲烷的能量转化效率

通过批次实验,考查了木糖高温（55℃）厌氧发酵中初始pH（5.0~10.0）和初始底物浓度（2.5~15 g·L-1）对产氢效率、液相产物以及木糖降解率的影响;并进行了两相产氢-产甲烷实验,对比单相产甲烷与两相产氢-产甲烷能量转化效率。结果表明：在初始pH=5.0或初始底物浓度为2.5 g·L-1时无氢气产生,最大产氢率1.31 mol H2·（mol木糖）-1在pH=7.0,底物浓度7.5 g·L-1时获得,同时木糖降解率和累积产氢量分别为97.48%和328.4 mL;其主要代谢副产物为丁酸和乙酸,属于丁酸型发酵。厌氧产氢后末端产物甲烷产率为274.9 mL CH4·（g COD）-1,两相系统能量转化效率达到63.98%,高于单相产甲烷系统的49.39%。     

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。     

复合铁添加物对混合有机固废厌氧产氢的影响

将城镇污水处理厂的城市污泥与餐厨垃圾混合后,经厌氧消化处理后可产生能源气体氢气,从而达到资源化利用的目的.废铁屑是机械加工厂的固体废弃物,将其处理后可得到一种新型复合铁材料(FE/FEO).将城市污泥和餐厨垃圾预处理后按体积比1:1比例混合,分别等分放入2个反应器中,一个投加FE/FEO粉末作为为FE/FEO组,另一个...     

不同来源污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果研究

在相同接种配比(接种污泥占餐厨垃圾的质量分数为30%)条件下,研究了4种不同来源污泥(压滤污泥、厌氧污泥、曝气污泥和河底淤泥)添加或不添加缓冲剂时对餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果的影响.结果发现,在不添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>河底淤泥>压滤污泥>曝气污泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量最高,达10.11mL(以每克挥发性固体(VS)计,下同);而添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>曝气污泥>压滤污泥>河底淤泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量也最高,为33.72 mL,且体系pH得以缓冲.     

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。     

不同热处理温度对污泥厌氧发酵产氢的影响

污水处理厂污泥产生量日益增加,对环境的影响倍受关注。污泥除了含有大量的葡萄糖、蛋白质等有机物外,还包括大量的微生物,具有厌氧发酵产氢的潜能。通过批式实验系统研究了热处理污泥厌氧发酵产氢情况。研究结果表明,经过适当热处理,可以抑制耗氢菌,同时能保持产氢菌的活性,另外,对污泥还有一定的融胞作用,使污泥中溶解性的糖和蛋白质的含量增加,提高预处理污泥的产氢效率;最佳的热处理温度为75℃,处理后污泥进行厌氧发酵产氢的最大累积产氢量为18.32 mL,比产氢率3.49 mL/g VS。     

消化液回流比与有机负荷率对餐厨垃圾厌氧消化的影响

在试验的基础上研究了消化液回流比与有机负荷率(OLR)对餐厨垃圾厌氧消化的影响.试验通过改变OLR、消化液回流比等参数来控制其运行.研究发现,当回流比从零提高到180%时,OLR分别为9.933、14.900 g/(L·d)的厌氧消化系统COD去除率分别从79.45%、80.13%上升到81.98%、83.33%;当OLR为19.866 g/(L·d)时,提高回流比会造成COD去除率的下降.系统在较低负荷运行时,回流比的提高使系统的产气率有明显的增加.研究认为,180%的回流比仅适用于低OLR(9.933、14.900 g/(L·d)),当系统处于高OLR(19.866 g/(L·d))时,高回流比会造成挥发性脂肪酸(VFA)和钠离子的积累,进而影响消化系统的性能.     

预处理沼液与餐厨废弃物的厌氧产气发酵特性

为了实现对餐厨废弃物能源化的梯度利用,将沼液进行水浴加热、超声波和曝气等预处理后与餐厨废弃物混合,在中温（35±1）℃条件下进行产氢和产甲烷梯度厌氧发酵实验。考察了不同预处理沼液对产氢率、产氢相缓冲能力、产氢过程可溶性代谢产物成分以及其进行产甲烷发酵的潜力。结果表明,未经处理的沼液与餐厨废弃物混合发酵的产氢率很低,并且相分离不彻底有甲烷产生;各预处理组的产氢率均明显高于未处理组,并很少或几乎没有甲烷产生,其中超声波处理组产氢率最高为52.3 mL·g-1 VS。水浴加热和超声波处理组的产氢流出液经产甲烷发酵,可以获得与餐厨废弃物直接进行产甲烷发酵相当的甲烷产率。这表明,将餐厨废弃物进行产氢和产甲烷梯度厌氧发酵可获得更高的能源化效率。     

水葫芦厌氧发酵工程化应用研究

在实验室进行了接种率、破碎程度和温度等对水葫芦厌氧发酵产气率的影响研究.结果表明:水葫芦在中温35℃下,水葫芦和接种污泥的最佳接种率为1:1(总固体物质比),经简单切分后产气率最高,原料产气率为0.540 m3/d(以每千克固体含量计,下同);高温消化与中温消化相比,产气率无明显优势.在实验室研究基础上,对中国农村地区原有的沼气发酵工艺进行适当的改进,设计构建了5 m3 15 m3(酸化池 产气池)两级反应池,该反应池在夏季常温条件下运行良好,80 d的平均原料产气率达0.305 m3/d.     

餐厨垃圾厌氧产氢综述

针对餐厨垃圾厌氧产氢过程,从工艺、单组分底物厌氧产氢和过程机理研究阐述了国内外进展,并对未来研究发展方向进行了展望.研究成果表明,餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程可行,但影响因素多,系统不稳定,大部分研究停留在实验室小试阶段.尚需针对餐厨垃圾厌氧发酵产氢优势菌种选育、生态因子调控、代谢机理、反应器改进和系统控制模拟等方面开展研究,为该技术的大规模应用提供研究基础.