发酵产氢的动力学模型

发酵产氢已经建立和应用了一些动力学模型.对描述批次发酵产氢过程的动力学模型,描述各种因子对其影响的动力学模型,以及探讨基质降解速率、产氢细菌(HPB)生长速率和产物形成速率关系的动力学模型进行了综述分析.分析表明,改进的Gompertz模型被广泛用于描述批次发酵产氢过程;Monod模型则广泛应用于描述基质浓度对基质降解...     

单室双阳极微生物电解池利用氢发酵废水产氢

为提高微生物电解池(MEC)利用氢发酵废水产氢速率,以丁酸为底物在微生物燃料电池(MFC)中驯化富集阳极产电微生物,采用单室双阳极MEC处理玉米秸秆的氢发酵废水,通过对关键过程参数的优化,实现氢发酵废水高效产氢。结果表明,当外加电压为0.8 V时,产氢速率和玉米秸秆氢发酵废水中COD的去除率分别达到(5.31±0.13)m~3·(m~3·d)~(-1)和(58±2)%。其中,乙酸、丁酸、丙酸、乙醇的去除率分别达到(95±2)%、(76.2±0.8)%、(93±3)%、(98±1)%。与单室单阳极MEC相比,单室双阳极MEC利用玉米秸秆氢发酵废水进行深度产氢的速率提高了1.22倍。此外,MEC生物阳极驯化方式对MEC利用玉米秸秆氢发酵废水产氢具有重要影响。与利用乙酸为底物驯化富集的生物阳极相比,以丁酸为底物驯化富集的生物阳极去除COD的能力和MEC产氢速率都有提高。     

利用废水和固体废弃物中有机质发酵产氢研究进展

总结了发酵法产氢的机理、微生物种类、产氢菌的富集方法 ,综述了利用废水和固体废弃物中有机质生物发酵产氢的最新研究进展及存在的问题     

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.     

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.     

酸化餐厨垃圾厌氧消化产氢研究

分析了餐厨垃圾酸化过程中的pH、挥发性脂肪酸(VFA)产量及含水量等参数的变化,考察了酸化餐厨垃圾厌氧消化过程中的产氢情况,并探讨了调节初始pH对酸化餐厨垃圾产氢的影响.结果表明,餐厨垃圾的酸化是一个前期极为快速的过程,经过1d的酸化,新鲜餐厨垃圾的pH就从6.0左右下降到4.5左右,而后pH缓慢下降,经过5～6 d的酸化,pH下降到4.0以下;餐厨垃圾酸化过程中,产生的VFA主要是异戊酸,其浓度变化与VFA的浓度变化趋势较为一致;酸化时间为1、3、4、5、6d的餐厨垃圾体系产生的氢气的最高体积分数呈递减趋势,产氢量也呈现出相同的变化趋势;初始pH对酸化餐厨垃圾体系的产氢影响是很大的,调节到相同初始pH的不同体系,产氢的结果可以相近.因此,pH是酸化餐厨垃圾厌氧消化产氢过程中必须控制的关键因素之一.     

底物初始浓度对光合细菌产氢动力学特性的影响

实验研究了底物初始浓度对光合细菌产氢动力学特性的影响,并对光合细菌产氢得率和初始底物转化为氢气得率进行比较,分析底物初始浓度对光合细菌产氢代谢的影响,实验发现底物初始浓度为120 mmol/L时最适合光合细菌的产氢代谢,底物初始浓度达到140 mmol/L时,光合细菌主要进行生物量合成和产酸代谢,得到各浓度梯度下的最大生物量,但对产氢代谢产生抑制作用,表明最大生物量与最大的产氢能力之间不成正比关系及光合细菌产生CO2机制与产氢机制不同;光合细菌最大比产氢活性表现在对数生长期,最大生物量出现在稳定期。实验证明,光合细菌对数生长期受底物浓度影响大,底物浓度低,最大生物量所对应的时间相对较早,底物浓度增大,最大生物量所对应的时间相对延后。     

初始pH对产氢发酵液厌氧产甲烷的影响研究

以啤酒厂厌氧颗粒污泥为接种物,对葡萄糖废水产氢后的发酵液进行间歇式中温厌氧发酵产甲烷实验.研究了不同的进水初始pH为5.5±0.2、6.0±0.2、6.5±0.2和7.0±0.2时对产氢发酵液产甲烷的影响,并以产氢发酵液的原始pH(4.2～4.4)作为对照.结果表明:产氢发酵液厌氧产甲烷必须添加一定量的碱加以调节,进水...     

温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢的影响

以猪粪、鸡粪、玉米秸秆、餐厨垃圾和厨余垃圾等5种农业固体废物为底物,采用修正的Gompertz模型,研究了典型农业固体废物暗发酵产氢动力学和代谢产物变化规律,探讨了不同温度和初始pH条件下的主要产氢代谢途径。结果表明：温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢具有显著影响;高温组累积产气量和氢气百分含量显著高于中温组。在55 ℃高温且pH为6.0的条件下,餐厨垃圾暗发酵产氢效果最佳,累积产气量和氢气百分含量最大,为1 100 mL和73.58%,最大产氢速率和产氢潜力分别为37.11 mL·h⁻¹和660.30 mL;厨余垃圾暗发酵产氢效果次之,鸡粪产氢潜力最差。在暗发酵产氢末期,以鸡粪为底物的代谢产物的氨氮浓度最高,过高的氨氮浓度可能抑制了产氢过程。VFA分析表明：不同底物和条件下丁酸浓度均最高,且含有少量乙醇、乙酸、丙酸等;暗发酵产氢代谢途径是以丁酸型发酵为主的混合型发酵。通过温度、初始pH等非生物性控制因素的优化调控,显著提高了农业固体废物暗发酵产氢潜力和底物利用效率,为生物制氢的技术研发与工程应用提供参考。     

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。     

酸化冲击对低pH厌氧发酵系统性能的影响

为了研究酸化冲击对厌氧发酵有机废水能源回收系统的影响,利用自制的厌氧内循环反应器（anaerobic internal circulation reactor,AICR）,以模拟糖蜜废水为底物,逐步提高进水容积负荷以模拟高容积负荷下出现的酸化冲击。研究了反应器酸化前后运行参数,并利用高通量测序检测了酸化后系统微生物群落结构。结果表明：酸化会导致颗粒污泥解体,产气速率和COD去除率下降,产甲烷活性严重抑制,同时发酵类型也发生转变。反应器酸化以后,发酵类型从丁酸型发酵类型转变为混合酸发酵类型,在进水负荷不变的情况下,总产气速率下降约50%,从2 100 mmol·（L·d）-1下降至1 056 mmol·（L·d）-1。酸化后的系统中,非产氢发酵细菌为优势细菌（54.7%）,而产氢细菌所占比例较少（37.3%）,未检测到产甲烷细菌。     

木薯酒精废水高温厌氧发酵产氢研究

以木薯酒精废水为厌氧发酵产氢底物,以中温(37℃)厌氧颗粒污泥作为接种物.研究了高温条件(60℃)下厌氧发酵产氢的可行性;并比较了60～80℃条件下的累积产氢量,产氢速率和液相发酵产物组成,以确定温度对木薯酒精废水厌氧发酵产氢的影响以及不同温度下厌氧发酵产氢菌的代谢类型.结果表明,60℃时累积产氢量为383 mL(木薯酒精废水用量140 mL)、产氢率为70.0 mL(以每克挥发性固体(VS)计),中温厌氧颗粒污泥适合作为高温条件下木薯酒精废水厌氧发酵产氢的接种物;从60℃升高到80℃时,累积产氢量逐渐下降,最大产氢速率逐渐降低,80℃时产氢完全受到抑翩.70℃为产氢的临界点,低于70℃时厌氧发酵产氢菌的代谢类型属典型的丁酸型发酵,此过程中伴随着大量氢气产生,大于等于70℃时,正丁酸生成受到严重抑制,累积产氢量迅速降低;氢气的产生主要来自于溶解性碳水化合物的分解.     

pH对氢自养型反硝化菌反硝化性能的影响

采用模拟硝酸盐污染地下水(简称模拟水)驯化培养氢自养型反硝化菌,建立了定量分析氢自养型反硝化菌生物量的方法,研究了pH对氢自养型反硝化菌反硝化性能的影响。结果表明,每单位OD600相当于水样中氢自养型反硝化菌的生物量为491.75mg/L。当初始pH在6.7以下或9.2以上时,氢自养型反硝化菌生物活性会受到抑制,而初始pH为7.2、7.7、8.2和8.7时,反硝化进行12h后模拟水中的总氮去除率分别为99.7%、99.6%、96.6%和83.5%。经过12h的反硝化模拟水的pH增加0.1～0.9,硬度降低10.01～48.05mg/L;初始pH为6.7～8.7的模拟水在反硝化进行12h后生物量增加5.68～6.03mg/L,初始pH为7.7的模拟水反硝化速率最高,达0.041mg/h。     

不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中溶出物的释放

对剩余污泥进行厌氧发酵处理可实现污泥中有机质和磷的释放并最终回收利用,而pH是影响厌氧发酵过程的重要因子。为研究pH对厌氧发酵中磷与有机物释放的影响,采用批次实验研究了pH分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中磷和有机物的释放与转化规律。结果表明,在不同pH下,剩余污泥厌氧发酵过程中发生着有机物与不同形态磷的迁移与转化,酸性和碱性环境下的厌氧发酵液成分的三维荧光结构不同。剩余污泥厌氧发酵过程中,泥相钙结合态磷(AP)在酸性条件下转化为液相磷,有机磷(OP)和大部分铁/铝结合态磷(NAIP)在碱性条件下转化为液相磷;其中, pH为11时,污泥发酵液中磷含量最高。污泥发酵类型为丁酸型发酵,发酵产物以异丁酸为主,其次是正戊酸和乙酸。pH为10时,发酵液中的蛋白质与多糖的总量、挥发性有机酸(VFAs)浓度最高,两者呈现正相关关系;类蛋白和类腐殖酸降解,利于VFAs的积累。     

A new look at atmospheric carbon dioxide

Carbon dioxide is increasing in the atmosphere and is of considerable concern in global climate change because of its greenhouse gas warming potential. The rate of increase has accelerated since measurements began at Mauna Loa Observatory in 1958 where carbon dioxide increased from less than 1 part per million per year (ppm yr^?1) prior to 1970 to more than 2 ppm yr^?1 in recent years. Here we show that the anthropogenic component (atmospheric value reduced by the pre-industrial value of 280 ppm) of atmospheric carbon dioxide has been increasing exponentially with a doubling time of about 30 years since the beginning of the industrial revolution (～1800). Even during the 1970s, when fossil fuel emissions dropped sharply in response to the “oil crisis” of 1973, the anthropogenic atmospheric carbon dioxide level continued increasing exponentially at Mauna Loa Observatory. Since the growth rate (time derivative) of an exponential has the same characteristic lifetime as the function itself, the carbon dioxide growth rate is also doubling at the same rate. This explains the observation that the linear growth rate of carbon dioxide has more than doubled in the past 40 years. The accelerating growth rate is simply the outcome of exponential growth in carbon dioxide with a nearly constant doubling time of about 30 years (about 2%/yr) and appears to have tracked human population since the pre-industrial era.     

A second look at the Palmes' diffusive sampler

The Palmes' tube, the first diffusive sampler incorporating a fixed path length, has received wide usage for the sampling of a large number of gaseous pollutants. But despite numerous previous studies, questions remain regarding the accuracy of these inexpensive, simple-to-construct, open-ended samplers. Here the mass transfer resistance in a Palmes' diffusive sampler was measured using the loss of cyclohexane from a Palmes' tube containing liquid cyclohexane at its base. The average loss rates, at factorial combinations of five air incidence angles evenly spaced from 270 degrees to 90 degrees, and five air speeds from 0.5 m/sec to 2.5 m/sec ranged from 46% to 121% higher than rates calculated from the physical dimensions of the sampler, proving the need to calibrate these samplers rather than relying on a theoretical calculation. The mass transfer resistance was nearly constant when the airflow was perpendicular to the sampler and sufficiently high to avoid stagnation, a finding that may explain the widespread acceptance of the results obtained using this sampler.     

不同碱剂对污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷的影响

为了使污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷后的沼渣得到有效利用,研究了以Ca(OH)2代替NaOH作为碱剂调节产氢余物与污泥混合物初始pH进行厌氧发酵产甲烷情况。结果表明,以NaOH和Ca(OH)2作为碱剂的消化系统厌氧发酵产甲烷的最佳接种量均为50%,且产甲烷率和比产甲烷速率相差不大,分别为60.48 mL/(g·DS)、2.16 mL/(g·DS·d)和58.68 mL/(g·DS)、2.35 mL/(g·DS·d),两种消化系统的COD、总糖和总蛋白质的降解率分别为63.0%、25.7%、47.1%和56.7%、23.6%、45.7%。以Ca(OH)2代替NaOH作为碱剂调节反应物初始pH进行厌氧发酵产甲烷是可行的。