常压供氢体系电场强化硫酸盐还原生物-电化学效应研究

针对氢气作为电子供体的硫酸盐生物还原速率缓慢的问题,设计生物电化学强化系统,采用附加直流电的方式,强化常压条件下供氢体系的硫酸盐还原过程.i≤1.50 mA时,随着电流的增大,硫酸盐还原速率增大,最佳电流强度为1.50 mA,平均还原速率是微生物单独作用的1.7～2.1倍.不同场强条件下电化学与生物学效应不同.当i≤1.50 mA时,电化学对生物过程的强化机制可能是电场/磁场促进硫酸盐还原菌（sulfate reducing bacteria,SRB）增殖、提高酶活性及代谢活性.当i>1.50 mA时,SRB活性受到电场的抑制,硫酸盐的代谢能力下降;当满足电势低于-0.69 V、 H₂分压为1.01×105 Pa时,体系发生以H₂为还原剂的电催化还原过程,但二者共同作用下的硫酸盐还原速率低于i=1.50 mA的情况.因此,基于能耗成本,施加低强度直流电场,利用电化学手段促进微生物的代谢,是强化常压供氢体系硫酸盐还原的重要途径.     

Bio-reduction of nitrate from groundwater using a hydrogen-based membrane biofilm reactor

A hydrogen-based membrane biofilm reactor(MBfR) using H2 as electron donor was investigated to remove nitrate from groundwater.When nitrate was first introduced to the MBfR,denitrification took place on the shell side of the membranes immediately,and the effluent concentration of nitrate continuously decreased with 100% removal rate on day 45 under the influent nitrate concentration of 5 mg NO3--N/L,which described the acclimating and enriching process of autohydrogenotrophic denitrification bacteria.A series of short-term experiments were applied to investigate the effects of hydrogen pressures and nitrate loadings on denitrification.The results showed that nitrate reduction rate improved as H2 pressure increasing,and over 97% of total nitrogen removal rate was achieved when the nitrate loading increased from 0.17 to 0.34 g NO3--N/(m2 ·day) without nitrite accumulation.The maximum denitrification rate was 384 g N/(m3 ·day).Partial sulfate reduction,which occurred in parallel to nitrate reduction,was inhibited by denitrififcation due to the competition for H2 .This research showed that MBfR is effective for removing nitrate from the contaminated groundwater.     

氢气缓冲罐雷击火灾爆炸事故后果分析

分析了雷击引起氢气缓冲罐的危险性,在对某制气基地氢气缓冲罐遭受雷击发生火灾、爆炸危险辨识的基础上,运用喷射火模型和蒸气云爆炸模型对氢气缓冲罐雷击火灾爆炸事故后果进行了模拟计算。结果表明氢气缓冲罐发生喷射火时的伤亡半径不大,发生爆炸的伤亡半径达近50m,可造成严重事故后果,应采取相应的防雷措施,尽量避免氢气缓冲罐发生雷击爆炸。     

稀酸水解玉米秸秆两步发酵联产氢气和甲烷

在批式试验中以牛粪堆肥为天然产氢菌源,分别以蔗糖和稀酸水解玉米秸秆为底物,通过厌氧发酵考察不同牛粪堆肥处理方式对发酵产氢性能的影响,并在此基础上构建了稀酸水解玉米秸秆两步发酵联产氢气-甲烷体系。当以蔗糖为底物时,牛粪堆肥处理方式对产氢影响不显著,产氢量均较高;当以稀酸水解玉米秸秆为底物时,室温浸泡处理的牛粪堆肥产氢效果最好,氢气最大产量达到213.8 m L/g TS。以稀酸水解玉米秸秆产氢发酵液为底物进行甲烷发酵,使秸秆的综合能量回收率达到41.2%,较单一发酵产氢时的能量回收率13.2%显著提高。     

酸性冲击对微生物电解产氢阳极菌群影响及功能基因变化解析

微生物电解产氢工艺是借助能够直接与电极传递电子的功能菌在阳极降解有机质并将产生的电子在阴极与质子结合回收氢气能源的新技术.采用市政废水在固定外加电压相同条件下直接启动15个反应器,以葡萄糖为碳源驯化获得电极功能菌群,稳定运行1个月获得反应器稳定产氢和伴随产甲烷效能.初始稳定时采用pH为7的磷酸盐缓冲液可以获得稳定的产气量,平行反应器表现出不同的氢气和甲烷产量.最高产氢反应器的氢气转化率为32.2%,氢气产率为(3.9±0.6)mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的H2量(mol)计,下同);相同条件下最低产氢效率反应器的甲烷转化率则可达到48.4%.通过48 h阳极生物膜的酸性冲击试验对阳极菌群功能恢复效果进行分析,发现消除冲击10~15 d反应器的电子传递效率得到恢复,但功能菌群多样性增加,氢气与甲烷比例发生变化.最高产氢反应器氢气产率降低1.8 mol·mol-1,而甲烷增量为0.4 mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的CH4量(mol)计,下同).通过关键功能基因分析发现,初始产氢效能高的反应器功能菌群中电子传递功能菌优势较大;阳极功能菌群受到短暂酸性冲击后,基于细胞色素C基因的相关菌群能够较快恢复,其电子传递能力恢复更快;与碳源降解和产甲烷相关基因群落受酸性冲击后变化较为显著,甲烷增量与氢气减少量基本符合反应计量关系.     

甲乙酮生产尾气中甲乙酮和仲丁醇吸附剂QMS-01的研制及应用

通过对数种吸附剂的筛选,选出了活性炭作为吸附H2中MEK、SBA的吸附剂.考察了不同制备工艺和工艺条件对吸附剂性能的影响,在此基础上,成功地研制出了QMS-01 吸附剂.该吸附剂再生性能好,并在齐翔公司甲乙酮工业装置上投入使用,取得了良好的经济效益.     

Clostridium papyrosolvens厌氧发酵产氢研究

采用分批培养研究了从高浓度厌氧产氢活性污泥中筛选的优势菌种Clostridium papyrosolvens的发酵产氢能力.结果表明:该菌有较强的高糖耐受性和耐酸性,当葡萄糖浓度为30 g/L、pH阶段性控制在4.5时,发酵44 h葡萄糖消耗率为83.7%,总产气量达到3 081.3 mL/L,最高产气率为187.5 mL L-1 h-1,氢气含量为67.5%,比产氢率达1.06 mol(H2)/mol(葡萄糖).研究中选用了廉价的发酵产氢培养基,以玉米浆为氮源,以还原铁粉作氧化还原电位控制剂,省去了牛肉膏、蛋白胨等昂贵氮源以及L-半胱氨酸、维生素、无机离子等高成本组分,显著降低了纯菌发酵的培养基成本,获得了较好的产氢效果.图5表2参23     

基于二氧化钛纳米管有序阵列的氢气探测

基于气体传感器对H_2的泄漏进行探测监控,可以有效预防和控制H_2火灾爆炸事故的发生。通过阳极氧化法制备了高度有序的二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列并制成气体传感器元器件,研究其在空气气氛中对H_2的气敏特性。通过粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)表征手段研究了TiO_2纳米管的相组成和微观结构。TiO_2纳米管具有优异的气敏性能,可在200℃以上对H_2进行有效探测,检测极限达到20ppm。325℃对1 000ppm H_2灵敏度为446,响应时间为2s,对H_2选择性好。     

城市生活垃圾有机组分厌氧发酵产氢和甲

为了提高能源回收效率,采用大米、土豆、生菜、瘦肉、花生油和榕树叶作为实验原料,模拟有机垃圾中普遍存在的淀粉、膳食纤维、蛋白质、脂肪和木质纤维类成分,进行厌氧发酵产氢以及对其剩余物厌氧发酵产甲烷. 结果表明,在厌氧发酵产氢阶段,整个过程没有甲烷生成,大米、土豆、生菜、瘦肉、花生油和榕树叶的氢气产率分别为125、103、35、0、5和0 mL g^-1（VS）,能源回收效率分别为7.9%、6.8%、1.9%、0、0.1%和0. 大米、土豆和生菜的氢气浓度分别为34%-59%、41%-56%和37%-70%,整个产氢阶段没有甲烷生成. 在厌氧发酵产甲烷阶段,上述原料的甲烷产率分别为232、237、148、278、866和50 mL g^-1（VS）,生物气中甲烷含量分别为42%-70%、57%-71%、73%-77%、59%-73%、68%-80%和54%-74%. 厌氧发酵联产氢气和甲烷整个过程上述原料的能源回收效率分别为56.3%、58.4%、28.8%、39.2%、81.2%和8.8%,总COD去除率分别为72.30%、81.70%、32.63%、47.59%、97.46%和11.29%. 图4 表5 参35     

氢自养生物还原去除地下水中对硝基氯苯(p-NCB)的实验研究

采用批式实验讨论了氢自养还原菌在厌氧条件下,利用氢气作为电子供体还原地下水中对硝基氯苯的可行性及其影响因素.结果表明,氢自养菌能利用氢气生物还原对硝基氯苯,并产生中间产物对氯苯胺,继而进一步还原脱氯产生苯胺,该过程可提高对硝基氯苯的可生化性.对硝基氯苯在初始阶段还原速率较快,最高去除速率达到610μg/(L·d),随后...