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.     

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。     

湿热预处理对餐厨废弃物厌氧产氢发酵类型的影响

通过批试验分析湿热预处理前后餐厨废弃物CODs(溶解性化学需氧量)、CODt(总化学需氧量)、粗蛋白浓度、碳氮比(C/N)等指标及代谢产物的变化,研究湿热预处理对餐厨废弃物厌氧发酵类型和产氢效能的影响。采用Gompertz动力学模型分析经湿热预处理后厌氧发酵系统启动速度、累积产氢量、产氢速率的变化。结果表明,餐厨废弃物经150℃湿热预处理30 min后,可浮油脱出量高达97.5 mL/kg,CODs和C/N变化显著;VFAs(挥发性有机酸)和乙醇浓度分析表明,湿热预处理可使餐厨废弃物厌氧发酵产氢的产酸类型从丙酸型发酵转变为丁酸型发酵。在微生物的作用下,湿热预处理时间为30 min时,经90℃处理后餐厨废弃物中的丁酸等VFAs进一步降解转化为乙酸、CO2和H2,比产氢量最高为242.1 mL/g(以VSS计)。湿热预处理可以改变餐厨废弃物中碳水化合物、蛋白质和脂肪的理化性质,影响其厌氧发酵产氢产酸类型,达到改善餐厨废弃物厌氧发酵产氢效能的目的。     

丁酸梭菌YM-83产氢影响因素的研究

丁酸梭菌是一株厌氧发酵产氢细菌,可以参与高浓度有机废水的厌氧发酵过程,在降解高浓度有机废水的同时制取氢能源。为了确定L-cys和金属离子对丁酸梭菌YM-83产氢能力的影响,文章通过间歇实验对其进行产氢培养优化,确定其最适产氢的L-cys和金属离子浓度。研究结果表明,丁酸梭菌YM-83的最适生长和产氢的L-cys浓度均为1.0 g/L,最适生长和产氢的Mg~(2+)浓度均为0.15g/L,最适生长和产氢的铁元素类型均为Fe~(2+),其最适浓度均为0.2 g/L。在此条件下,获得的最大比产氢率为2.15 mol H2/mol glucose,单位体积产氢量为5 360 mL/L culture,细胞干重为1.04 g/L。丁酸梭菌YM-83是一株产氢能力良好的厌氧发酵产氢细菌,可以实现厌氧发酵的高效产氢。     

酸性预处理污泥厌氧发酵产氢

通过批量试验系统研究了酸性预处理污泥厌氧发酵产氢情况.研究结果表明,通过酸性预处理,不仅对耗氢菌起到抑制作用,还能起到一定的融胞作用,使污泥中溶解性的糖和蛋白质的含量增加,促进厌氧发酵产氢;酸性预处理污泥厌氧发酵主要降解的有机物质为蛋白质,糖类次之.最佳的酸性预处理条件为调整原污泥pH=3.0放置24h;经过pH=3.0酸性预处理后调节初始pH=11.0的条件下厌氧发酵产氢,其最大累积产氢量最高,为14.66 mL.     

厌氧发酵生物制氢微生物及工艺开发的研究进展

厌氧发酵生物制氢在国内外受到了普遍关注,如何确保稳定、持续、高效的产氢率成为生物制氢研究的关键问题所在.本文在查阅国内外大量文献的基础上,重点介绍了产氢发酵微生物、产氢菌种的构建、产氢反应器及厌氧发酵产氢工艺的最新研究状况.同时,就两相循环高温氢/甲烷发酵工艺的进一步发展前景提出了建议.     

糖蜜、淀粉与乳品废水厌氧发酵法生物制氢

采用连续流厌氧发酵法研究了糖蜜废水、淀粉废水与牛奶废水生物制氢,讨论了有机物中3大类物质的厌氧发酵产氢的可行性,并对几种底物的产氢稳定性进行了探讨.结果表明,糖蜜废水与淀粉废水都是较好的厌氧发酵法生物产氢底物,在3大类有机物中碳水化合物是目前技术条件下最具有可能性的原材料.在碳水化合物中,溶解性好的糖比溶解性差的淀粉在目前的技术条件下具有生物产氢可行性,而淀粉比溶解性糖更具有产氢前景.不同底物厌氧生物制氢的生态位范围有所不同,对于溶解性好的糖,稳定运行的工程控制参数为pH 4.5±0.3,而溶解性较差的淀粉废水为pH 4.0±0.2;厌氧发酵产氢的ORP值也随底物的不同而不同,但总体必须低于-220mV,在-300mV左右时较好.牛奶废水不适用于作为CSTR反应器中发酵法生物制氢底物.     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

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.