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。     

缓冲体系对厌氧发酵生物产氢的影响

为了研究碳酸盐和磷酸盐缓冲对于厌氧发酵从葡萄糖中制取H2的影响,将经过热处理的初级消化污泥接种到不同浓度碳酸盐和磷酸盐基质中进行厌氧发酵产氢实验.实验结果表明,碳酸盐和磷酸盐的缓冲对于厌氧发酵制氢有较大影响.当NaHCO3,浓度为4 g·L-1时,每1 mol葡萄糖的产氢量达到最大,最大值为1.68 mol,这比不加NaHCO3时的产氢量提高了282%.磷酸盐的浓度对于厌氧发酵产氢也有较大影响.在NaHCO3浓度为4 g·L-1,NaH2PO4·2H2O和K2HPO4·3H2O浓度均为500 mg·L-1时,葡萄糖的产氢率可达到1.94 mol·mo1-1,这比不加入磷酸盐时提高了56%.实验中产氢一般从接种后12 h开始,历时10 h左右结束,最大产氢速率可达到0.44 mol·h-1·mol-1·     

新型专性厌氧菌利用葡萄糖进行发酵产氢的实验研究

采用批式发酵法对厌氧产氢菌株Bacteria.P利用葡萄糖发酵,在底物浓度、初始pH值、接种比例等不同培养条件下的产氢能力进行了研究。结果表明:专性厌氧菌P是一种高效产氢的菌株,在葡萄糖质量浓度为10 g/L、初始pH为6.0、接种比例为1∶20时,发酵气体总产量和细胞干重达到最大值,分别为485 mL和0.836 g/L。     

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。     

碳氮源对光合细菌混合菌群产氢性能的影响

碳源和氮源是产氢光合细菌生长发育过程中不可缺少的营养物质,与光合细菌菌株产氢能力相关。以从花园土壤中富集分离出来的光合细菌混合菌群为研究对象,在血清瓶中于30℃下采用厌氧培养方式间歇培养8天,分别考察不同的碳源、氮源、碳氮源组合及其浓度变化对光合细菌产氢行为的影响。结果表明,碳氮源种类对光合细菌产氢能力有显著影响,与氮源相比,碳源对产氢量的影响更为显著,最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为草酸铵。最佳碳氮源组合为葡萄糖和谷氨酸钠组合,葡萄糖和谷氨酸钠浓度分别为3g/L和1g/L时,产氢量和最大产氢速率分别达41.35mLH2/(L-培养基)和0.328mLH2/(L-培养基·h)。研究结果为进一步探索产氢光合细菌生长的营养生理奠定了基础,对大规模培养条件的优化提供了依据。     

污泥厌氧消化过程中产氢产乙酸/同型产乙酸协同产酸研究

应用产甲烷菌抑制剂溴乙烷磺酸盐(BES)阻断产甲烷过程,并添加丁酸盐以强化产氢产乙酸过程,研究不同条件下乙酸和气体的累积,借助于热力学分析推断污泥产酸发酵过程中的乙酸累积机制.结果表明,在抑制产甲烷体系中,反应吉布斯自由能降低至临界值(-15 kJ·mol<'-1>)时,乙酸累积浓度达6 g/L,协同作用中产氢产乙酸菌...     

产氢产乙酸细菌在处理医药废水中的应用

本研究对中药二厂两相厌氧反应系统的产酸相中的产氢产乙酸细菌进行分离鉴定,将其投入含不同浓度双黄连的中医药废水中,发现146号菌株和双黄连存在抑制和诱导关系,研究结果表明,该菌株对双黄连有一定的分解效果和耐受性,在一定浓度时,该菌株对双黄连废水的降解处理达到最佳效果。     

中温和高温厌氧生物产氢反应器连续运行的研究

采用2个厌氧生物产氢反应器分别在中温(37℃)和高温(55℃)下连续运行.以河底沉积物接种,葡萄糖为基质,在CSTR中成功实现了连续中温厌氧产氢,最高产氢量达8.6L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/葡萄糖)为1.98.以厌氧产甲烷颗粒污泥接种,蔗糖为基质,在UASB反应器中成功实现了连续高温厌氧产氢过程,最高产氢量达6.8L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/蔗糖)为3.6.在高温UASB反应器中培养获得了灰白色的产氢颗粒污泥,平均粒径为0.8～1.2mm,沉速为30～40m/h,电镜观察发现其表层生长大量杆状细菌.对2种产氢污泥的总DNA进行提取和纯化,通过PCR扩增和DGGE分析,发现高温和中温厌氧产氢污泥中的大部分真细菌种类相同,但各自的优势菌种明显不同.     

产氢反应器内两种发酵类型细菌的种群结构与发酵特征

通过改变CSTR系统内pH值,启动发酵类型由乙醇型向丁酸型转化,研究了转化前后系统内产氢动态和细菌群落变迁.结果表明,在有机负荷不变的情况下,启动发酵类型转化15d后,系统内种群由乙醇型转化为丁酸型,消耗碱度量由350mg.L-1增至1720mg.L-1,平均比产氢速率由21.2mol.kg-.1d-1降低至11.1mol.kg-.1d-1.荧光原位杂交技术(FISH)对反应系统内3类微生物群的监测结果表明,未启动转化时,肠杆菌、梭菌Ⅰ、Ⅱ和梭菌Ⅺ的相对丰度分别为22%、48%和30%,转化结束后,3类细菌的相对丰度为19%、24%和55%.     

Fe^2＋浓度对生物产氢动力学的影响

研究了Fe2 '在0～1 500 mg/L范围内对混合细菌发酵产氢动力学的影响.结果表明,以葡萄糖为底物,在35℃和初始pH为7.0时,当Fe2 浓度为0～300 mg/L时,混合细菌发酵葡萄糖的最大累积产氢量和平均产氢速率都随着Fe2 浓度的增加而增加;当Fe2 浓度为300 mg/L时,最大累积产氢量和平均产氢速率最高,分别为302.3 mL和30.0 ml/h.当Fe2 浓度为0～350mg/L时,比产氢率随着Fe2 浓度的增加而增加,当Fe2 浓度为350 mg/L时,最大比产氢率为311.2 mL/g.修正的Logistic模型能很好地描述累积产氢量随时间的变化规律.修正的Han-Levenspiel模型能很好地描述Fe2 浓度对平均产氢速率的影响.     

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。     

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。     

秸秆发酵产氢的影响因素研究

以加热预处理的厌氧活性污泥为接种物,以秸秆（稻草、麦杆）为发酵底物进行微生物产氢实验,研究了不同秸秆粒径、纤维素酶用量、预处理方法、发酵液pH值对秸秆发酵产氢速率以及产氢气量的影响.其中颗粒粒径为170 μm的稻草经过NaOH预处理,按照底物与纤维素酶用量1∶1的比例酶解,进而发酵产氢的单位总产氢量为90.5 mL/g,最大单位产氢速率为0.58 mL/(h·g).     

水稻秸秆厌氧发酵制氢技术研究

以水稻秸秆为研究原料,用牛粪为接种物,采用稀硫酸预处理方法来提高秸秆纤维素的降解率,从而提高其发酵产氢的能力,并且进一步考察了发酵初始pH、发酵温度、牛粪与秸秆的质量比和底物浓度四个条件对发酵产氢的影响。实验结果表明:在接种100g/L牛粪的条件下,以1.8%的硫酸加热30min预处理秸秆产氢效果最佳,为19.64mL/gTS,是未经过预处理的秸秆产氢量(0.1mL/gTS)的196倍,粗纤维含量由未处理前的36.7%下降到酸处理后的31.5%。在pH8.0、温度为37℃、牛粪与秸秆质量比为2.5∶1、底物浓度为50g/L时的产氢效果最好,累计产氢量为29.14mL/gTS,此时生物气中没有检测到甲烷气体,氢气浓度达到63.88%。     

农业固体废弃物发酵产氢的研究

为了探索不同农业废弃物发酵产氢的能力,研究选取了10种农业生产中的主要固体废弃物:稻草、玉米秆、小麦秆、大麦秆、蚕豆秆、黄豆秆以及猪粪、牛粪、鸡粪、马粪作为原料,采用批量发酵工艺,进行厌氧发酵产氢的研究。结果表明,以乳酸调控发酵料液pH值在4.7～5.5之间,控制体系温度在(25±1)℃可以产生氢气。其中,各原料产氢能力顺序为:猪粪>大麦秆>玉米秆>稻草>蚕豆秆>鸡粪>牛粪>马粪>黄豆秆>小麦秆。     

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％。     

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20 L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分配制模拟废水,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11.80 mol/kg、56%和8.81 L/(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.     

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。     

末端产物对乙醇型发酵菌群产氢能力及代谢进程的影响

利用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)在一定条件下驯化成功的乙醇型产氢发酵菌群,通过静态培养实验,以葡萄糖为碳源,利用缓冲液控制反应体系pH值,通过不同的pH值环境使产氢发酵菌群末端产物生成比例发生改变,考察了不同的末端产物生成比例对菌群产氢能力的影响.结果表明,在液相末端产物总量相当的情况下,乙醇生成比例高时氢气产量也较高.通过外加乙醇和乙酸进行静态产氢实验发现,乙醇对发酵产氢的抑制作用不明显,同对照组相比,外加40 mmol/L时氢气产量仅下降了34%,而乙酸的存在对菌群的发酵产氢有较强的抑制,外加乙酸浓度为10 mmol/L时即对产氢发酵产生明显抑制,浓度为40 mmol/L时产氢量较对照组降低了84.3%,液相末端产物也大幅降低,混合菌群最终形成乙醇型发酵应是菌群自然选择的结果.