木糖高温厌氧发酵产氢的影响因素及两相产氢-产甲烷的能量转化效率

通过批次实验,考查了木糖高温(55℃)厌氧发酵中初始pH(5.0~10.0)和初始底物浓度(2.5~15 g·L~(-1))对产氢效率、液相产物以及木糖降解率的影响;并进行了两相产氢-产甲烷实验,对比单相产甲烷与两相产氢-产甲烷能量转化效率。结果表明:在初始pH=5.0或初始底物浓度为2.5 g·L~(-1)时无氢气产生,最大产氢率1.31 mol H2·(mol木糖)-1在pH=7.0,底物浓度7.5 g·L~(-1)时获得,同时木糖降解率和累积产氢量分别为97.48%和328.4 mL;其主要代谢副产物为丁酸和乙酸,属于丁酸型发酵。厌氧产氢后末端产物甲烷产率为274.9 mL CH_4·(g COD)-1,两相系统能量转化效率达到63.98%,高于单相产甲烷系统的49.39%。     

初始pH和温度对餐厨垃圾厌氧发酵制氢的影响

以餐厨垃圾为发酵底物,研究不同初始p H和发酵温度对餐厨垃圾厌氧发酵制氢潜力、中间代谢产物和发酵途径的影响。结果表明,初始p H和发酵温度对餐厨垃圾厌氧发酵产氢性能及代谢途径具有显著影响,高温发酵的产氢效率优于中温发酵。55℃高温、初始p H为6时厌氧发酵产氢性能最佳,累积产气量、最大氢气含量最大,分别达到620 m L和52.45%,挥发性脂肪酸中丁酸浓度最高为6 182.96 mg·L~(-1),发酵类型以丁酸型发酵途径为主。通过初始p H和发酵温度的优化控制可以有效提高产氢微生物的底物利用效率和产氢潜能,改变厌氧发酵途径,保证厌氧发酵制氢系统高效稳定运行。     

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.     

底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵及残渣甲烷发酵的影响

为研究底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵过程中乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性的影响,在中温(37±0.2)℃条件下,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在底物浓度为2%、3%、4%和5%下开展周期为50 d的序批式厌氧发酵实验,探索不同底物浓度下玉米秸秆发酵乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性。结果表明:底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵影响显著,当底物浓度为3%时,玉米秸秆厌氧发酵乙醇产量最大,达到39.04 g;底物浓度过低或过高均不适合后期厌氧发酵产甲烷的进行,当底物浓度为3%时,玉米秸秆乙醇发酵残渣表面纤维结构被破坏最明显,残渣厌氧发酵产甲烷实验最早在3 d出现产气峰值,挥发性固体单位甲烷产量为26.82 mL·g~(-1),并且累积产气量最高,挥发性固体单位累积甲烷产量达到270.01 mL·g~(-1),玉米秸秆乙醇发酵残渣还有较高的产气潜能;通过质量平衡分析得到,底物浓度为3%时,玉米秸秆生物转化过程中TS和VS去除率最高,分别为59.12%和79.07%。该研究可为玉米秸秆乙醇发酵工程提供参考。     

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。     

接种比例和温度对餐厨废弃物厌氧发酵特性的影响

为提高餐厨废弃物厌氧发酵的甲烷转化率和挥发性固体降解率,分别在35℃和55℃条件下,采用批式发酵工艺,考察了接种物与底物的挥发性固体量之比对餐厨废弃物厌氧发酵挥发性固体甲烷产率、挥发性固体降解率、液相末端产物组成和pH值等发酵特性的影响。结果表明,温度和接种比例共同决定厌氧发酵停留阶段,在35℃发酵时接种比例大于50∶50的处理和55℃发酵时接种比例大于30∶70的处理以产甲烷发酵为主,其余以酸化发酵为主;游离氨抑制导致高温组的甲烷含量、挥发性固体甲烷产率和甲烷转化率均低于中温组;发生酸化处理组底物的挥发性固体降解率均低于40%,产甲烷发酵处理组挥发性固体降解率均高于80%。     

酸碱调控及底物浓度对木糖发酵产酸特性的影响

以木糖为碳源采用间歇培养方式,对木糖厌氧发酵产酸进行研究。考察木糖浓度和初始pH值对木糖厌氧产酸的影响。结果表明,随着木糖浓度的增加,总产酸量得到提高,但木糖利用率却呈现下降的趋势。当木糖浓度为5 g/L时,其利用率为100%,15 g/L时利用率为73.9%,此时挥发性脂肪酸(VFAs)为9.22 g/L。木糖的分批投加可有效促进产酸,尤其是促进乙酸浓度的提高。pH为5.0和6.0左右时,VFAs主要成分为乙酸和丁酸;而pH为7.0～9.0时,乙酸含量明显增高,在pH值为8.0的条件下乙酸含量占总VFAs的80.1%。在pH=8.0时经过8 d左右的发酵,VFAs浓度可达9.34 g/L。     

垃圾渗滤液发酵产氢和产甲烷特性研究

以实际垃圾渗滤液作为厌氧发酵基质,研究了初始pH为7.0、中温(37℃)条件下的发酵产氢、产甲烷特性。结果表明,利用垃圾渗滤液作为基质发酵产氢或甲烷时,氢气的最大累积产量为24.33mL(以每克COD计,下同),甲烷的最大累积产量为91.59mL,产氢发酵在初期存在明显的迟滞期,但是产甲烷发酵不存在明显迟滞期;产氢发酵的液相末端产物中含有大量的挥发性有机酸和乙醇,乙醇、乙酸、丁酸质量浓度分别为487.23、1 175.21、1 225.78mg/L,相比产氢发酵,产甲烷发酵的液相末端产物中乙醇、乙酸、丁酸质量浓度均较低,分别为256.38、106.73、107.42mg/L;产甲烷发酵的最终pH是6.32,接近中性,而产氢发酵的最终pH为4.21,呈明显酸性;产甲烷发酵对COD的去除率(41.78%)高于产氢发酵对COD的去除率(32.14%),可能是产氢发酵液相末端产物中的乙酸能被产甲烷菌利用,而被进一步降解。     

初始pH对原污泥厌氧发酵产氢的影响

市政污泥(简称污泥)厌氧发酵产氢既可解决污泥的出路问题,又能产生清洁能源——氢气,是一种较为理想的处理处置方式。调节污泥适合的初始pH值能够提高污泥的产氢效率。为了考察不同初始pH值对污泥厌氧发酵产氢的影响,将未经任何预处理污泥(原污泥)的初始pH分别调到2.0~12.0,用于批式实验。研究表明:调节原污泥初始pH,适当条件下能促进氢气的生成。初始pH为强酸性条件时,污泥基本不产氢;初始pH在4.0~11.0,污泥总体产氢量也很低;初始pH=12.0条件下,污泥总体产氢量最高,比产氢率达到3.39 m L·(g VS)-1。不同初始pH下污泥的降解均以蛋白质降解为主。酸性条件下,蛋白质及糖类物质有一定降解;中性条件下,蛋白质及糖类物质都得到较好的降解,浓度均较低;碱性条件下,糖类物质的酸化较微弱,但蛋白质却得到较好的降解,降解蛋白质生成的TVFA由于甲烷菌受到抑制而产生积累。     

稻秆负荷与pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程的影响

为探讨稻秆负荷（即稻秆VS/污泥VSS）与发酵pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程产挥发性脂肪酸（VFAs）效果的影响,利用厌氧搅拌罐反应系统考察在不同的稻秆负荷（0.556、0.945、1.334和1.724 g/g）和不同的发酵pH（8.0、9.0和10.0）启动运行条件下的产酸性能,并分析了系统启动过程产酸与稻秆主要成分降解之间的关系。实验结果表明,VFAs浓度随稻秆负荷提高而增大,随发酵pH的升高而降低;发酵18 d时,发酵pH为9.0时,稻秆负荷1.334 g/g的产酸效果最好,VFAs浓度与稻秆产酸量分别为4 385.10 mg/L和2.19 gVFAs/g稻秆,此时半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为32.69%、22.53%和6.40%;稻秆负荷为0.945 g/g条件下,VFAs浓度在pH为8.0时达到最高值4 409.51 mg/L,此时稻秆降解量也最多,半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为28.60%、47.32%和22.69%。研究表明,稻秆负荷与发酵pH通过影响稻秆半纤维素、纤维素和木质素的降解影响稻秆厌氧发酵产酸的进程和效果。