g 辐照预处理促进剩余污泥发酵产氢的研究

为降低能耗,提高辐照技术的经济性,探讨了在0~9.5kGy范围内,γ辐照剂量对生活污水处理厂二沉池剩余污泥中耗氢菌的抑制效果和对发酵产氢的影响,建立了描述发酵产氢过程及辐照影响的动力学模型.结果表明,γ辐照剂量从0增加至9.5kGy时,污泥溶解率从0增加至4%,上清液中可检测出一定的蛋白质和多糖等物质,其中蛋白质中的氮素占溶出总氮素的90%,表明较低剂量辐照即对污泥菌体造成较明显的破解,这可在一定程度上抑制无法形成芽孢的耗氢菌活性;与之相对应的是污泥发酵产氢能力的明显提升,以葡萄糖为底物(1.0g/L),在35℃和初始pH值为7.0时,当辐射剂量仅为0.5kGy时,累积产氢量即比未辐照时有70%的提升,进一步增加辐照剂量至5kGy,累计产氢量和产氢得率均继续增长且达到最大值,分别为240mL/g葡萄糖和1.93mLH2/mol葡萄糖(发酵液的污泥量达2.0g VSS/L);此后,污泥发酵产氢能力随辐射剂量的增加而降低.修正的Logistic模型能很好地描述本研究中累积产氢量随时间的变化规律,而修正的Han-Levenspiel模型能很好地描述辐照剂量对平均产氢速率的影响.     

利用养殖场废水厌氧发酵生物制氢技术研究

在批式厌氧反应器中,以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源,通过养殖场废水的厌氧发酵生产氢气,考察了厌氧污泥和碳氮营养物质对养殖场废水产氢的影响,并对液相产物的分布、产氢动力学进行了分析.试验分为4个处理.结果表明,加入营养物质接种污泥的养殖场废水氢气含量、累积产氢量和单位COD氢气产量最高可达到50.65%、334.80mL和287.10mL/g.而未接种污泥的原始养殖场废水累积产氢量和单位COD氢气产量仅为59.24mL和67.05mL/g.污泥和碳氮营养物质对产氢能力均有显著地促进作用,加入碳氮源后微生物群促进了原养殖废水有机物的氢的形成.液相末端产物中,乙酸、丁酸占总挥发酸的61%～86%,产氢过程属于典型的乙酸-丁酸型发酵.总挥发性酸含量的提高,其产氢能力也增大. Gompertz模型能够很好地拟合其产氢过程.     

类球红细菌利用混合底物光合产氢特性研究

研究了类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)利用有机酸和糖类作为混合底物的光合产氢特性。初步研究了6种有机酸和3种糖类的产氢活性,并选用具有最大底物转化效率的琥珀酸钠和最大平均产氢速率的葡萄糖混合进行光合产氢,对底物利用和pH变化对产氢影响进行了探索。结果表明,类球红细菌利用混合底物可提高平均产氢速率、底物转化效率和底物利用率,琥珀酸钠和葡萄糖按15/15(mmol/L)混合最大平均产氢速率达19.1mL/(L·h),底物转化效率和底物利用率分别提高了35.3%和13.3%。混合底物利用中的pH值调节和底物利用率提高是有利于类球红细菌的氢气产生提高的重要因素。     

玉米秸秆发酵浸出液模拟废水发酵产氢的放大实验研究

在20L的半连续流发酵罐中,以牛粪堆肥为产氢菌源,按照玉米秸秆发酵浸出液的主要成份配制模拟废水,考察和分析了几个关键环境因素对发酵产氢的影响。结果表明,HRT、C/N、Fe2+浓度和模拟废水浓度对发酵产氢均有不同程度的影响。在本实验条件下,秸秆模拟废水的氢产量、氢浓度和产氢速率分别为11.80mol/kg、56%和8.81L/(L?d),底物转化率大于90%,废水中COD去除率为39.40%。在整个发酵产氢过程,液相主要发酵副产物为丁酸、乙酸和丙酸以及少量的乙醇和丁醇。     

不同阴离子在生物质发酵产氢中的作用研究

为揭示不同阴离子在生物质发酵产氢中的作用规律,以混合菌群发酵产氢为研究对象,采用正交试验设计的方法考察了6种不同的阴离子及添加尿素对发酵产氢过程的影响.通过对不同阴离子浓度及相互关系对发酵产氢的影响的综合比较,获得以下结论:促进混合菌群发酵产氢的阴离子组成为:SO42-1.5 g·L-1,Cl-0 g·L-1,NO3-0 g·L-1,Mo7O246-0.1 g·L-1,C2O42- 1g·L-1,C6H5O73- 5g·L-1,(H2N)2CO 0 g·L-1;以PDB(马铃薯水解液)为基质发酵原料,H2最高含量和平均含量分别比对照组提高了21.4%和24.1%;平均产氢速率由对照组的36.79 mL·L-1·h-1提高到96.25 mL·L-1·h-1;氢气产率由对照组的0.76 mol·mol-1提高到1.17 mol·mol-1.研究同时证明,尿素对H2的产生具有显著的抑制作用,Mo7O246-则可促进混合微生物对原料的利用和转化;阴离子C2O42-和C6H5O73-的交互作用显著,说明两者同时使用可改善发酵产氢.从理论上对上述结果进行了分析探讨.     

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.      

多因素共同作用对中温条件下污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H2的影响

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂既可减少环境污染,又可制备清洁能源,是一种理想的有机固废处理处置技术。通过4因素5水平正交设计的批式实验及产氢动力学,探究餐厨垃圾C/N、混合体系C/N、含水率、初始pH值4个主要因素共同作用对中温条件下污泥餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂的影响。极差与方差分析结果表明：4个主要因素对联合厌氧发酵产H₂结果影响较明显,而餐厨垃圾C/N和混合体系C/N的交互作用对产H₂结果的影响不显著。不考虑交互作用,以比氢气产量为产H₂效能主要表征指标,最终确定餐厨垃圾C/N为20,联合发酵体系C/N为10,初始pH值为7,含水率为90%时,产H₂效能最佳,此时的累积产氢量为1499.6 mL,比氢气产量为140.96 mL H₂/g DS,最大产氢速率为21.73 mL H₂/h,最大H₂浓度为55.79%。     

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.     

预处理对园林垃圾混合物料联合厌氧发酵的影响

采用超声、微波及碱热预处理技术强化园林垃圾、厨余垃圾与果蔬垃圾联合厌氧发酵产气性能,并以未进行预处理的实验组作为对照。结果表明:4组实验pH值在2 d内迅速降低至7.24~7.45,反应后期可稳定在7.7~8.0,表明厌氧消化系统有较强的稳定性。挥发性脂肪酸（volatile fatty acids,VFA）浓度在第2~4天内达到最大值。乙酸和丙酸是4组实验中VFA的主要成分,两者比例之和在70%以上。VFA浓度在第13天后降低到500 mg/L以下,且以乙酸为主。氨氮（TAN）浓度在前4 d内出现一定波动,随后逐渐升高至2190~2410 mg/L。游离氨氮（FAN）浓度呈先降低后增加趋势,并在第13天后逐渐趋于稳定,为144~209 mg/L。沼气中甲烷比例在第2天后均超过50%,并在第11~12天时达到最大值61.4%~63.8%。修正的Gomperts模型模拟结果表明:预处理技术可缩短反应体系厌氧产沼的适应时间,提高前期产气速率。除此之外,超声预处理与碱热预处理可显著提高基质甲烷产率,由未处理时的396 mL/g分别提高到601,536 mL/g,而微波预处理使得反应体系甲烷产量略有降低。     

高温条件下初始pH值对污泥-餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH4的影响

污泥-餐厨垃圾厌氧消化产氢产CH₄可将城市有机废弃物转化为可再生能源H₂、CH₄,对实现碳减排发挥着重要作用。通过批式试验探究高温条件下(55±1℃),不同初始pH值对污泥和餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH₄的影响。研究结果表明:适度地增加产氢余物的碱度会提高产CH₄效能,而过低的初始pH则抑制了产氢余物产CH₄效能。初始pH=8时,CH₄最高浓度(79.08%)、累积产甲烷量(101 mL/g DS)和最大CH₄生产速率(12.21 mL/d)均达到最大。不同初始pH下,总糖和总蛋白质的降解量跟累积产甲烷量呈正相关,其中总蛋白的降解量及降解率均高于总糖。初始pH=8时,总糖和总蛋白质的降解量及降解率最高,分别为6078 mg/L、55.70%和4710 mg/L、69.67%。不同初始pH值下,产氢余物厌氧消化后的pH都趋于7.5左右。     

添加Fe2+和Co2+对牲畜粪便发酵产沼气的影响

以牛粪为发酵原料,研究了不同浓度的Fe2+和Co2+对沼气产量和产气周期的影响。结果表明,物料添加Fe2+和Co2+的浓度为1.2μg/L时均可达到沼气最大产量。物料中Fe2+的浓度为1.2μg/L时,沼气总产量为3 648.25 mL,最高产气可持续7 d,日平均产气量为148 mL;1.2μg/L的Co2+的沼气总产量为2 766.25 mL,最高产气可持续5 d,日平均产气量为132.8 mL。物料添加不同浓度Fe2+和Co2+可延长产气周期,但对沼气生产的启动时间、发酵前后物料的碳氮比及pH值均无影响。     

不同湿热预处理条件对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

采用湿热水解技术处理餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度与时间下餐厨垃圾w(VS)(VS为挥发性固体)、ρ(CODs_Cr)(CODs为溶解性化学需氧量)、ρ(TOC)、ρ(TN)等指标的变化,以评价湿热预处理对餐厨垃圾厌氧产氢效能的影响. 在此基础上,结合厌氧产氢动力学分析,确定厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件. 结果表明:湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量、w(VS)具有显著影响. 餐厨垃圾湿热预处理后ρ(CODs_Cr)、ρ(TOC)、ρ(TN)变化情况与w(VS)呈负相关. 餐厨垃圾经90℃湿热预处理30min后,可浮油脱出量为37.5mL/kg,w(VS)/w(TS)为95.12%,最大比产氢量达242.1mL/g,最大产氢速率为12.46mL/h,累积产氢率达0.88mol/mol,厌氧产氢启动时间为12.85h. 说明对餐厨垃圾进行适度的湿热预处理可有效提高有机物溶解性与生物可利用效率,进而提高厌氧发酵累积产氢量与产氢速率. 综合能耗、产出等因素,湿热预处理温度90℃,处理时长30min,为餐厨垃圾厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件.      

固定化光合细菌处理豆制品废水产氢研究

以海藻酸钠做包埋材料制备的固定化光合细菌,可以在不同浓度豆制品废水中进行光照放氢。豆制品废水ＣＯＤ浓度在７５６０—１２６００ｍｇ／Ｌ时,可以维持稳定产气２６０ｈ以上,平均产气率为１４６．８—３５１．４ｍｌ／（Ｌ·ｄ）,气体中Ｈ２含量在６０％以上,废水ＣＯＤ去除率为６２．３％─７８．２％;当废水ＣＯＤ浓度在１２６０—５０４０ｍｇ／Ｌ时,可以维持产气９３ｈ,平均产气率为１２０．７—１４０．ｏｍｌ／（Ｌ·ｄ）,气体中Ｈ２含量在７５％以上,废水最终ＣＯＤ去除率为４１％─６０．３％。     

糖厂污泥中高效产氢菌的分离鉴定及产氢优化

从甘蔗糖厂污泥样品中,分离纯化得到一株革兰氏阳性厌氧产氢菌。经16S rDNA分子生物学鉴定,该菌株为Clostridium sp.60E(注册号:JF708079)。对该菌株生长及产氢特性的研究发现,其产氢主要发生在细胞生长对数期的中后期和稳定期。温度及pH值单因素实验显示,Clostridium sp.60E为一株中温产氢菌,有较好的耐酸能力。采用正交实验研究方法优化产氢条件,发现起始pH值为5,培养温度为35℃,碳源选择葡萄糖时,其总产氢量最高可达到(208±8.01)mL H2/100 mL培养基,比优化前提高了142%,产氢纯度最高达到55.32%,最高产氢速率为(188±8.72)mL H2/(L.h)、15.99 mmo(l H)2g(/dry cell.h)。以上研究表明,从糖厂污泥中筛选的Clostridium sp.60E是一株良好的厌氧发酵产氢菌,将其应用于废水处理,可以实现有机废水的高效制氢,是实现废水和有机废物资源化的一条有效途径。     

碱处理污泥发酵产氢生物相特征

为了揭示碱处理污泥发酵产氢生物相的特征,分别将取自3个不同处理工艺污水厂的污泥进行碱处理,并分别在酸性(pH5)和碱性(pH11)的条件下进行发酵产氢.结果表明,虽然污泥来源不同,但经碱处理后溶出的可溶性有机质均以蛋白质居多,碳水化合物的量仅是蛋白质的15%～16%,在初始pH11的碱性条件下发酵产氢均可获得较高的产氢率,最大(以H2/TCOD计)可达31.9mL/g,但在初始pH5的酸性条件下产氢率不高,且伴有耗氢现象.用F338GC/R534细菌16SrDNA通用引物对发酵产氢结束时的生物相进行PCR-DGGE分析,不同污水厂污泥产氢的生物相差异显著.随着发酵的进行,生物相中优势菌群有增多的趋势,产氢反应过程中微生物菌群表现出更替消长的现象.     

Effects of various pretreatment methods on mixed microflora to enhance biohydrogen production from corn stover hydrolysate

Effects on mixed microflora to enhance biohydrogen production from corn stover hydrolysate was studied.     

不同来源底物对厌氧发酵产氢余物产甲烷影响

通过批式试验将不同来源的污泥与餐厨垃圾进行联合厌氧发酵,研究不同产氢程度的污泥-餐厨垃圾在不同污泥接种量下的产甲烷能力,以寻求产氢余物产沼的最佳条件及有机质转化规律。结果表明:污泥-餐厨垃圾产氢余物的产氢程度与体系产甲烷能力呈正相关,即产氢多余物>产氢少余物>不产氢底物;接种量增大后,体系产甲烷效能降低且各体系间的差异逐渐缩小。30%接种量下的产氢多余物体系产甲烷能力最佳,平均产甲烷速率为0.54 mL/（g·d）,在第27天甲烷占比达到峰值87.04%,有最大累积产甲烷量1659 mL;主要原因是该体系挥发酸降解量大（17565 mg COD/L）,占TCOD降解量（35384 mg/L）的50%。     

HRT对糖蜜废水发酵产氢的影响

采用自制的UASB反应器,以糖蜜废水为底物,接种絮状污泥进行HRT对发酵制氢的影响研究.结果表明:在温度为(37±1)℃,进水COD浓度为4 000 mg/L,出水pH为4.6～5的条件下,HRT在8～6 h范围时,反应器的产气速率和产氢速率达到最大并保持稳定,平均值分别为41 L/d和21 L/d左右,氢气含量稳定在...     

C/N比对嗜酸细菌X-29产氢能力及其酶活性的影响

C/N比影响细菌的物质和能量代谢,为了提高产氢细菌的产氢效能,通过间歇产氢实验和酶活性分析方法,分析了在不同C/N比下嗜酸产氢细菌X-29的产氢能力以及氢化酶和乙醇脱氢酶的活性表达情况.研究结果表明,C/N比对产氢细菌的代谢及其相关酶的表达有显著的影响.虽然在不同C/N比下单位生物量的液相末端发酵产物差异不大,但是产氢能力存在显著的差异,当C/N比为14时产氢细菌X-29具有最大累积产氢量2 210.9mL/g.在不同C/N比下氢化酶的表达活性不同,氢化酶活性随着发酵的进行达到高峰后迅速降低,氢化酶的表达周期较短.乙醇脱氢酶活性随着代谢进程逐渐升高后而趋于平稳,不同C/N比时表达活性差异较小,表达周期较长.在C/N比为14时,氢化酶和乙醇脱氢酶的活性最高,分别为2.8μmol·(min·mg)^-1和33.2μmol·(min·mg)^-1.     

蓝藻与厨余垃圾混合消化产甲烷研究

对太湖蓝藻采用资源化处置方式,通过与厨余垃圾混合发酵,达到优化发酵底物、获得最佳产气效率的目的。研究结果表明:随着蓝藻厨余垃圾混合物中厨余垃圾比例的提高（1:0.5～1:2.5）,甲烷产率提高,混合比例1:2.5时甲烷量达到最大,为123.94 mL/g（TS）,比1:0.5反应组提高了44.1%;混合物中厨余垃圾比例由1:2.5增至1:3.0,产气量反而下降;反应前24 h,体系中挥发性脂肪酸含量迅速增加,至第24 h酸量开始下降,第48 h再次上升,此后酸量减少并趋于稳定;反应过程中,各组分pH值均维持在正常范围内;反应结束后,混合比例为1:2.5组辅酶F₄₂₀最大,为1.98μmol/g（VS）,反应体系中藻毒素从发酵前的273～72.6μg/L降低到检测限5μg/L以下。