论文摘要
能源危机、环境污染和温室效应等问题迫切要求人们加速研究洁净、高效的可再生能源。而氢气是“绿色和可再生”的能源，氢气的制取方法成为研究的热点。淀粉废水厌氧发酵生物制氢技术，充分利用淀粉废水资源，通过适当的工艺控制产生氢气，变废为宝，该工艺具有废物利用、清洁、节能、不消耗矿物资源和低成本等许多突出的优点，是一项符合循环经济政策和可持续发展战略的新技术，具有明显的社会、经济和环境效益。在调查国内外研究现状和本课组研究成果的基础上，本论文以活性污泥作为产氢污泥，以淀粉废水为产氢基质，研究营养液中金属离子和进水碱度对厌氧发酵产氢的影响，并优化营养液中的金属离子组成；在此基础上，重点研究半连续操作方式对产氢能力的影响，并首次采用响应曲面法优化半连续操作条件。金属离子单因子法实验表明：在营养液里适当的添加Na+、Ca2+、Fe2+、Ni2+四种金属离子，对厌氧发酵产氢有明显的促进作用。正交实验表明Fe2+和Ni2+以及Na+和Fe2+的交互作用对累积产氢量的影响显著，优化后的营养液中的组成为：Na+浓度2500mg/L；Ca2+浓度2500mg／L；Fe2+浓度100mg／L；Ni2+浓度30mg／L。另外，当初始COD为5280．8mg／L，COD去除率最高可达52％。碱度调节可以缓冲系统中二氧化碳的酸度和挥发酸酸度对产氢发酵细菌的冲击，减轻反应器中VFA积累，从而对厌氧发酵产氢累积产氢量和氢气含量有较大的影响，实验表明当进水淀粉废水碱度为1600mg/L时，累积产氢量达到704．13mL，氢气含量高达51．95％。单因子半连续操作实验表明，首次补料时间为基础发酵15h，补料间隔时间为8h、补料体积为250mL以及补料浓度为8g/L时，与间歇操作相比，半连续操作的比累积产氢量和平均产氢速率均明显高于间歇发酵。利用响应曲面法对半连续操作条件进行优化，获得比产氢量和产氢速率对编码自变量补料间隔时间（X1）、补料体积（X2）、补料淀粉浓度（X3）的二次多项回归方程（1）和方程（2），即模型1和模型2：Y1=-566．58-25．371X1+4．5228X2+98．111X3+0．20947X1X2+3．3961X1X3-0．07568X2X3-2．9472X12-0．01185X22-6．11S1X32（1）Y2=．202．35．10．79X1+1．39X2+28．30X3+0．053X1X2+0．29X13+0．0025X2X3+0．44X12-0．0035X22．1．35X32 （2）由模型1和模型2可知，操作条件为补料间隔时间为9．53h、补料体积为240．63 mL和补料浓度为9．18g/L时，比产氢量预测值为321．44mL／g淀粉；操作条件为补料间隔时间为5．71 h、补料体积为236．66 mL和补料浓度为10．86g／L时，产氢速率预测值为85．92mL／h。模型的验证实验表明：模型1最大相对偏差能控制在15．03％以内，模型2最大相对偏差能控制在11．76％以内，表明这两个模型合适有效，具有一定的实践指导意义。本论文研究表明厌氧发酵产氢技术可以较好地降解淀粉废水中的有机物，同时产生清洁能源氢气，可以转化为一定的经济效益，减轻淀粉生产企业的经济负担，并且使资源得到再生，变废为宝，符合循环经济政策和可持续发展的国家战略。