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     

厌氧发酵产氢的研究进展

厌氧发酵产氢具有很多优越性,发展潜力巨大,具有高效、节能、成本低等优点.全文介绍了国内外发酵产氢的研究情况,厌氧发酵产氢的影响因素,并提出了厌氧发酵产氢的发展趋势.     

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。     

生物制氢系统及其产氢机制

讨论了光合成生物制氢系统、光分解生物制氢系统、水气交换反应生物制氢系统、光合-发酵杂交生物制氢系统和厌氧发酵生物制氢系统、离体氢酶生物制氢系统等6个生物制氢系统,并讨论了产氢机制。     

发酵罐批式半连续培养发酵制氢试验探索

在10 L的发酵罐中,按照糖蜜的主要成分配制发酵培养基,考察和分析了批式、半连续发酵方式下,环境因素对固定化陶粒中厌氧菌发酵产氢的影响。结果表明,批式发酵产氢以糖蜜为底物的产氢得率、氢浓度和产氢速率分别为1.40 mol/mol蔗糖,53%和240 mL/(L.h)。可以在工业制氢中作为糖蜜快速发酵制氢的方法。     

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.     

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.     

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。     

二价铁离子对UASB反应器厌氧发酵产氢效能的影响

金属离子Fe2+在生物产氢机制中起着重要作用.以红糖为底物,研究了Fe2+在0～1 650 mg·L-1范围内对UASB发酵产氢效能的影响.结果表明,适当浓度的二价铁离子对产氢具有一定的促进作用.当Fe2+浓度为0～450 mg·L-1时,发酵产气量及其氢气含量都随着Fe2+浓度的增加而增加;且当Fe2+浓度为450 mg·L-1时,获得最大生物气体积为17.72 L,较空白组提高了40.75%,此时氢气含量60.01%.而当外加的Fe2+浓度大于450 mg·L-1时,则开始呈下降趋势.因此,Fe2+可以成为调控发酵制氢的工程措施之一.     

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。     

Biological hydrogen production from organic wastewater by dark fermentation in China: Overview and prospects

Biological hydrogen production by dark fermentation is an important part of biological hydrogen production technologies. China is a typical developing country that heavily relies on fossil fuels; thus, new, clean, and sustainable energy development turns quite urgent. It is delightful that Chinese government has already drawn up several H₂ development policies since 1990s and provided financial aid to launch some H₂ development projects. In this paper, the research status on dark fermentative hydrogen production in China was summarized and analyzed. Subsequently, several new findings and achievements, with some of which transformed into scale-up tests, were highlighted. Moreover, some prospecting coupling processes with dark fermentation of hydrogen production were also proposed to attract more research interests in the future.     

荧光原位杂交技术解析发酵产氢细菌群落结构

应用荧光原位杂交(FISH)技术,研究了连续流搅拌槽式(CSTR)发酵制氢反应器中2种产氢发酵类型的菌群组成和发酵类型转化过程中的菌群种类和数量变化及其对产氢速率、生物量和发酵产物的影响.结果表明,梭菌属和肠杆菌科在决定产氢发酵类型方面有重要作用.以梭菌为优势种群的乙醇型发酵比以肠杆菌为优势种群的丁酸型发酵具有更佳的产氢能力.实验结果能够与生物发酵系统常规监测指标形成很好的印证.     

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.     

污泥与不同pH值渗滤液联合厌氧发酵产氢分析

以污泥与垃圾焚烧厂渗滤液为原料,通过小瓶批式试验,考察了垃圾渗滤液的添加量以及渗滤液初始pH对联合厌氧消化产氢的影响。结果表明:未添加污泥的渗滤液本身也可以在厌氧发酵过程中产氢。而污泥与垃圾渗滤液联合厌氧发酵,当渗滤液初始pH为5.20时,添加90%的渗滤液体系产氢量最大,为201.58 mL,最大产氢速率也最高,为9.56 mL/h;当初始渗滤液pH为4.47时,最大产氢量出现在渗滤液添加剂量为60%的样品,为57.73 mL,随后减小,但最大产氢速率在添加40%的渗滤液达到峰值,为5.11 mL/h。     

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。     

Raw materials for fermentative hydrogen production

The basics of hydrogen production by thermophilic fermentation and photofermentation are outlined. Various types of biomass, which can be used as raw materials for hydrogen fermentation are named and the methods of biomass pretreatment are highlighted. The approach to technical assessment of biomass suitability is reviewed and several promising raw materials are compared with respect to the attainable hydrogen yield.     

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.     

不同底物种类对厌氧发酵产氢的影响

在批式培养试验中以人工配置的废水为原料,以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源,通过厌氧生物发酵制备生物氢气,研究了不同底物葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、木糖、乳糖对产氢能力的影响,以及生物制氢发酵过程中液相组成的变化,并对产氢动力学和细菌生长动力学进行了分析.结果表明,5种底物中最佳的底物是葡萄糖,氢气含量、累积产氢量和氢气产量最高可达到49.52%、67.21 L/mol、3.23 mol/mol.发酵产氢代谢产物以丁酸和乙酸为主,乙酸的含量占到26.76%～40.49%,丁酸的含量占到37.60%-58.07%.并含有部分丙酸和乙醇,属于丁酸型发酵.丁酸/乙酸比值可作为衡量氢气产生效率的一个指标,比值越大产氢量越高.实验中氧化还原电位均在-300 mV以下,以厌氧为主.Gompertz模型能够很好地拟合其产氢过程和产氢菌生长过程.