醋糟厭氧發(fā)酵制備氫氣和甲烷的研究.pdf

1、隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格和化石能源的短缺，氫能因其清潔高效成為一種替代性能源。發(fā)酵法生物制氫技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，但是如何提高系統(tǒng)的產(chǎn)氫效率和穩(wěn)定性仍然是生物制氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化需要解決的根本問題。本文以醋糟為研究對象，進(jìn)行了活性污泥兩相發(fā)酵產(chǎn)生氫氣和甲烷的研究，通過預(yù)處理、添加微量元素等方法提高產(chǎn)氣得率。
　　為了提高醋糟的厭氧發(fā)酵效率，本文對醋糟和污泥進(jìn)行預(yù)處理，利用SEM和XRD對醋糟的纖維素結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，并考察了超聲波處理產(chǎn)

2、甲烷污泥對發(fā)酵產(chǎn)甲烷的影響。結(jié)果表明:對污泥堿處理可以有效富集產(chǎn)氫菌;與草酸相比，鹽酸更能有效釋放醋糟的有機(jī)質(zhì);酸處理后醋糟的非結(jié)晶結(jié)構(gòu)明顯被破壞。較高的產(chǎn)氣量、更短的延滯期和發(fā)酵周期顯示了醋糟和活性污泥預(yù)處理的優(yōu)越性。纖維結(jié)構(gòu)和還原糖的高溶出率解釋了兩相產(chǎn)氣的高效率。對產(chǎn)甲烷污泥的最佳超聲條件為超聲功率25 W，超聲時(shí)間29 s。在最優(yōu)超聲條件下發(fā)酵制氫末端產(chǎn)物得到甲烷產(chǎn)量和含量分別為228 mL/g-VS和58％，甲烷產(chǎn)量較未處理組

3、提高了21％。
　　探討了外源氮元素和鐵元素添加對醋糟厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的影響。以尿素、氯化銨和硝酸鉀分別代表有機(jī)氮、氨基氮和硝基氮，以FeCl3為鐵元素來源，主要研究了氫氣產(chǎn)率、厭氧發(fā)酵類型以及發(fā)酵前后發(fā)酵液中氮形態(tài)的變化。結(jié)果表明，醋糟厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的最佳C/N比為40，尿素、氯化銨和硝酸鉀添加使得氫氣產(chǎn)率從54 mL/g-VS提高到65、85和78 mL/g-VS，分別提高了46％、57％和21％。加入氯化銨和尿素可以將發(fā)酵類型從丁

4、酸型轉(zhuǎn)化為乙醇型;發(fā)酵液中氮的形態(tài)以氨態(tài)氮為主，外源氮元素添加，使得厭氧發(fā)酵后總氮含量均顯著增加，硝基氮含量均顯著下降。Fe3+添加量為200 mg/L時(shí)，可以有效提高產(chǎn)氫菌的活性，當(dāng)Fe3+添加量超過400 mg/L，反而會促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌活性的恢復(fù)。
　　為了提高生物質(zhì)底物利用率，從堿處理的活性污泥中分離出兩株產(chǎn)氫菌，對其進(jìn)行形態(tài)學(xué)特征及產(chǎn)氣特性研究，并結(jié)合菌株16S rDNA序列分析，確定該菌株的種屬分類。兩株細(xì)菌都是兼性厭氧菌