生物制氢反应器的启动运行及污泥产氢影响因素分析

论文摘要

氢气由于清洁、高效等突出优点而备受关注。生物制氢技术具有不消耗矿物能源及低成本等许多优点，是一项符合持续发展的新技术。在生物制氢技术中，厌氧发酵制氢因其稳定性好、产氢能力高而要优于光合法生物制氢。本文以糖蜜废水为基质，经曝气处理后的活性污泥为种泥。采用连续流搅拌反应器（CSTR）对活性污泥进行厌氧发酵驯化培养，并考察投加铁离子后反应器的运行情况。研究结果表明：当在启动容积负荷为7.992kgCOD/m3·d-1，水力停留时间为9h，温度为（35±1）℃，污泥接种量（以VSS计）为5.19g/L时。反应器从运行第4d开始产氢，至第26d后进入产氢稳定期。此时最大产气量为9.24L/d，最大产氢量为3.42L/d。COD去除率在启动前2d维持较高的74.23%和73.41%。随着反应器内部优势菌群的逐步确立，运行第26d至第30d COD去除率基本稳定在17%左右。在反应器运行10d后，出水pH值迅速下降至5.3。在稳定产氢阶段，出水pH值维持在5.0左右。糖转化率在反应器运行前7d保持在75%左右，在稳定产氢期，糖转化率上升并维持至93%左右。从产氢稳定期所得到的驯化污泥沉降性能良好，最大沉降速率与沉降比分别为7mm/min和42%。相对于VSS下降期的1.6mm/min和65%有明显的提高。从驯化污泥分离筛选出具有产氢能力的菌株。影响产氢效能因素的间歇试验结果表明：在25℃，35℃和40℃下，得到的最大累计产氢量分别为：211.7mL，221.0mL，208.8mL，对应FeSO4的投加量为：800mg/L，200mg/L以及25mg/L；在0-300mmol/L的范围内，随着投加乙醇和有机酸的量增加，抑制作用愈强。其中乙醇的抑制作用较小；接种污泥预处理方法影响的顺序依次为曝气、热处理、碱化、酸化、超声处理和紫外处理。因此曝气为活性污泥预处理方法的最佳选择。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 导言
• 1.2 生物制氢工艺
• 1.2.1 利用藻类和蓝藻进行水的生物光解制氢
• 1.2.2 利用光合成细菌进行有机物的光分解制氢
• 1.2.3 有机物厌氧发酵产氢
• 1.3 产氢发酵反应器
• 1.4 接种污泥的预处理
• 1.5 课题背景
• 1.5.1 课题的来源
• 1.5.2 本课题的研究目的和意义
• 1.5.3 实验主要内容
• 第2章 实验装置与方法
• 2.1 实验装置与材料
• 2.1.1 实验装置与主要仪器
• 2.1.2 接种污泥
• 2.1.3 实验底物与试剂
• 2.2 分析项目与测定方法
• 2.2.1 糖含量的测定
• 2.2.2 挥发性悬浮物 VSS 的测定
• 2.2.3 含氢量的测定
• 2.2.4 沉降比的测定
• 第3章 连续流搅拌反应器的启动运行
• 3.1 CSTR 的启动与运行参数控制
• 3.2 反应器运行阶段 COD 的变化规律
• 3.3 反应器运行阶段 pH 值的变化
• 3.4 反应器运行阶段生物量的变化
• 3.5 反应器运行阶段产气量和产氢量的变化情况
• 3.6 反应器运行阶段糖利用率的变化情况
• 3.7 经驯化后污泥沉降性能的变化情况
• 3.8 厌氧发酵产氢菌的分离筛选
• 3.8.1 Hungate 厌氧滚管技术
• 3.8.2 产氢菌种的富集筛选过程
• 3.8.3 污泥菌浊液制备
• 3.8.4 菌株的分离筛选
• 3.9 本章小结
• 第4章 活性污泥产氢效能的影响因素分析
• 4.1 温度和铁离子对产氢效能的影响
• 4.1.1 温度和铁离子对产氢量和含氢量的影响
• 4.1.2 温度和铁离子对生物量和 pH 值的影响
• 4.2 外源添加乙醇和有机酸对产氢效能的影响
• 4.2.1 外源添加乙醇和有机酸对葡萄糖降解率的抑制作用
• 4.2.2 外源添加乙醇和有机酸对产氢量的抑制作用
• 4.3 接种污泥的预处理对产氢效能的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢