以淀粉糖漿為底物的CSTR生物制氫反應器的啟動與運行.pdf

1、氫氣是目前最理想的清潔能源之一。考慮到制氫成本和環(huán)境友好程度，其成本不高，并有著豐富的原材料，人們能利用固體廢棄物、生活污水、動物糞便和各種餐廚垃圾等物品發(fā)酵制氫，這在獲得了氫氣的同時也凈化水質(zhì)，達到了保護環(huán)境的目的，起到了廢物無害化和資源化的雙贏效果。
　　本研究對SS-CSTR（以淀粉糖漿為底物的CSTR系統(tǒng)）與BS-CSTR（以紅糖為底物的CSTR系統(tǒng)）的啟動與運行進行了對比，討論了以淀粉糖漿作為制氫底物的可行性，并研究了工

2、程控制參數(shù)pH值對SS-CSTR系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
　　采取由啟動初期的較高OLR[18 kg/(m3·d)]降至較低OLR[9 kg/(m3·d)]的方式（污泥接種量分別為18.11 gVSS/L和18.04 gVSS/L，溫度為35±1℃，HRT=6 h），SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)均可以實現(xiàn)在16 d左右啟動。啟動完成后，SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)的pH值分別穩(wěn)定在4.37和4.28左右，生物氣產(chǎn)量分別達到3

3、.00 L/d和4.52 L/d，其中氫氣含量分別為74.60％和75.28％，SS-CSTR系統(tǒng)液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的乙醇及乙酸含量分別為536.678 mg/L和396.978 mg/L，二者共占液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的75.54％，BS-CSTR系統(tǒng)乙醇及乙酸含量分別為550.395 mg/L和412.357 mg/L，二者共占液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的76.49％，兩系統(tǒng)均形成典型的乙醇型發(fā)酵。
　　經(jīng)對比SS-CSTR系統(tǒng)與BS-CSTR

4、系統(tǒng)的啟動情況，可以得出以下結(jié)論:SS-CSTR系統(tǒng)的啟動效果與BS-CSTR系統(tǒng)相比較差，SS-CSTR應對環(huán)境條件變化的調(diào)節(jié)能力遜于BS-CSTR系統(tǒng)。其原因是SS-CSTR系統(tǒng)中易于被微生物消化利用的糖分含量低于BS-CSTR系統(tǒng)。
　　通過提高有機負荷的方式考察了SS-CSTR與BS-CSTR運行的穩(wěn)定性。OLR由9 kgCOD/(m3·d)提高到24 kgCOD/(m3·d)后，SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)均可在9

5、d重新達到穩(wěn)定運行狀態(tài)，其COD去除率分別由8.30％和18.00％分別提高至22.00％和20.00％，產(chǎn)氣量分別由3.00 L/d和4.52 L/d提高至25.00 L/d和29.00 L/d，氣體中氫氣所占比例分別達到65.4％和64.6％左右。乙醇型發(fā)酵的主要目的產(chǎn)物乙醇和乙酸的含量在液相末端發(fā)酵產(chǎn)物中的質(zhì)量百分數(shù)分別可達84％和82％左右，其中乙醇的質(zhì)量百分數(shù)分別可達59％和60％左右，可見兩系統(tǒng)保持了乙醇型發(fā)酵的特征。

6、>　　在運行階段，比較SS-CSTR與BS-CSTR的pH值、ORP、COD去除率以及氫氣產(chǎn)量的標準偏差，BS-CSTR系統(tǒng)均低于SS-CSTR系統(tǒng)。由此可得出結(jié)論:SS-CSTR和BS-CSTR系統(tǒng)均具有良好的穩(wěn)定性，但SS-CSTR系統(tǒng)略差于BS-CSTR系統(tǒng)。
　　本研究條件下，淀粉糖漿的氫氣產(chǎn)率為1.41 mmol/(L·h)，紅糖的氫氣產(chǎn)率為1.62 mmol/(L·h)。可以認為利用淀粉糖漿制氫具有一定可行性。

7、　　對SS-CSTR工程控制參數(shù)pH值的改變使反應器內(nèi)部的優(yōu)勢種群發(fā)生了改變，引起了發(fā)酵類型的變化。前10 d，pH值控制在5.2～5.5時，液相產(chǎn)物主要由丁酸和乙酸構成，乙醇含量很低，呈現(xiàn)出丁酸型發(fā)酵。11 d～20 d，pH值控制在3.8～4.2，發(fā)酵產(chǎn)物逐步轉(zhuǎn)換為以乙醇和乙酸為主，發(fā)酵類型呈現(xiàn)出典型的乙醇型發(fā)酵。
　　由此可知，當微生物生境處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)時，某一種群的生態(tài)因子恰好滿足環(huán)境條件中限制性因子集合，此種群可成為