论文摘要
厌氧发酵法生物制氢工艺是一种新型的、低能耗的、清洁的废弃物资源化处置方式。它不仅能够生产清洁能源氢气,还可以利用有机废物这种用之不竭的可再生能源,有利于环境保护与社会的持续发展。本文利用活性污泥中厌氧微生物,以甜菜厂的蔗糖残液为底物,采用CSTR反应器进行连续流试验研究,主要考察了乙醇型、丙酸型、丁酸型这三种发酵类型的运行特征和产氢情况,对不同发酵类型产氢能力进行对比分析；研究分析了有机负荷OLR对乙醇型发酵生物产氢系统的影响。研究结果表明：生物制氢反应系统的不同发酵类型分别是由不同类型发酵菌群发挥作用实现的,pH-ORP制约的不同生态位范围内产生不同的发酵类型。在水力停留时间HRT为6 h,进水COD为5000 mg/L,温度控制为35℃±1℃的条件下,形成稳定的乙醇型、丁酸型和丙酸型发酵的pH和ORP范围分别为：4.2～4.4和-280～-320mV;4.6～4.8和-200～-240mV；5.2～5.6和-180～-210mV。不同发酵菌群的产氢能力有显著不同,在本实验HRT为6 h,进水COD为5000mg/L条件下,乙醇型发酵的产氢能力最佳,丁酸型次之,丙酸型最差。乙醇型发酵的最大比产氢速率达到4.92 mol·kgMLVSS-1d-1。乙醇型发酵、丁酸型发酵、丙酸型发酵的平均比产氢速率分别为3.80 mol·kgMLVSS-1d-1、1.28 mol·kgMLVSS-ld-1、0.02 mol·kgMLVSS-1d-1。就平均比产氢速率而言,乙醇型发酵平均比产氢速率是丁酸型发酵平均比产氢速率的3倍,是丙酸型发酵平均比产氢速率的190倍。因此,乙醇法发酵是有机废水发酵法制氢的最适宜发酵类型。OLR对厌氧活性污泥发酵系统的产氢速率有显著的影响,在一定范围内,OLR的增加可显著地提高厌氧活性污泥发酵产氢系统的产氢速率,但是厌氧活性污泥发酵系统对OLR提高造成的冲击的适应能力是有限度的,过高的OLR反而不利于产氢。本实验中,在进水COD6000 mg/L、HRT=6h的条件下,即OLR为24 kg/（m3·d）时,CSTR生物制氢系统获得最大产氢速率,为17.8L/d。当OLR为6kg/（m3·d）～24kg/（m3·d）阶段,反应器稳定运行时的液相末端产物中乙醇和乙酸在液相末端产物总量中所占比例均在85%以上,反应器始终维持乙醇型发酵,生物活性始终较高,其MLVSS/MLSS值均在80%以上,产氢速率随着OLR的提高呈现出逐步增大趋势。当OLR为36kg/（m3·d）时,反应系统由乙醇型发酵逐渐转变为混合酸发酵,生物活性受到严重抑制,产氢速率迅速降低。OLR的改变,引起系统的pH、ALK、ORP等内环境的改变,也会对活性污泥制氢系统的生物量、生物活性、活性污泥微生物的群落代谢特征产生直接影响,这些因素的综合作用共同影响以及决定活性污泥厌氧发酵制氢系统的运行状况、发酵类型和产氢能力。