高浓度有机废水厌氧发酵连续产氢产甲烷的试验研究

论文摘要

生物制氢技术就是利用高浓度有机废水或其他生物质制取氢气,反应条件温和,具有开发新能源、节省能量消耗及净化环境的重要意义。利用高浓度有机废水进行生物制氢,实质是产氢产酸发酵细菌将有机物质分解为有机酸（乙酸、丁酸等）和乙醇等产物,同时释放出发酵气体H2和CO2的过程。将生物法制氢和制甲烷两个过程偶联,不仅可以最大限度的提高原料利用率和生物质能产率,而且为揭示各微生物厌氧消化各阶段的关联提供了契机。本研究利用厌氧颗粒污泥作为接种污泥,通过不同方式的预处理来抑制产甲烷菌,从而使厌氧消化过程停留在产氢产乙酸阶段。实验中还考察了颗粒污泥在模拟葡萄糖废水中的发酵产氢的能力及初始pH、发酵温度、废水碳氮比以及微量元素浓度变化对生物制氢氢气浓度和累积产氢量的影响。在产氢发酵液中接种未经处理的厌氧颗粒污泥从而使产甲烷菌利用产氢发酵液进行产甲烷活动。通过间歇实验,考察了有机废水产氢产甲烷的最佳工艺条件,并与有机废水单独厌氧发酵产甲烷进行比较,取得了有意义的结果。实验结果表明:1.经过四种预处理的比较,颗粒污泥产氢发酵的产气量和氢气含量的大小关系均为:微波处理>碱处理>热处理>氯仿处理>未处理;2.颗粒污泥产氢的最佳预处理方式是微波处理,微波处理时间为5 min时产气量和氢气含量分别为118 mL/g·glucose和39.80 %,产气量较未处理的对照组有所下降,但氢气含量有了很大提高,是未处理对照组的14.5倍;发酵液COD为6605.4 mg /L,去除率37.05%,有利于后续的产甲烷过程研究;3.颗粒污泥厌氧发酵产氢的最佳pH为5.5,污泥最佳接种量为500 mL废水中接种150 g颗粒污泥,反应温度控制在35℃为宜,废水中COD:N:P在200:5:1时产氢效果最好。4.连续产氢产甲烷过程不但能产生氢气,而且产生的甲烷比单独产甲烷过程多,气体产生量是单独产甲烷过程的2.36倍,气体有效组分比单独产甲烷过程高14%;5.添加金属离子对产氢、产甲烷过程均有一定的促进的作用,对产氢有利的离子浓度是Fe2+ 0.50 mg/L、Ni2+ 1.0 mg/L、Mg2+ 0.50 mg/L,而金属离子对产甲烷影响的程度大小为:Fe>Co>Ni。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 厌氧发酵连续产氢产甲烷研究进展
• 1.2.1 厌氧发酵产氢及其研究进展
• 1.2.2 厌氧发酵产氢理论及产氢发酵类型
• 1.2.3 发酵产氢影响因素
• 1.2.4 产氢产甲烷研究现状
• 1.3 本论文的研究意义、研究目标和研究内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究目标
• 1.3.3 研究内容
• 第二章 不同预处理方式对颗粒污泥厌氧发酵产氢的影响
• 2.1 前言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验材料
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 分析项目
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同pH 对颗粒污泥产氢的影响
• 2.3.2 热处理对颗粒污泥产氢的影响
• 2.3.3 微波处理对颗粒污泥产氢的影响
• 2.3.4 BES 对颗粒污泥产氢的影响
• 2.3.5 氯仿处理对颗粒污泥产氢的影响
• 2.3.6 不同预处理方式在最佳条件下颗粒污泥产氢的比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 有机废水厌氧发酵产氢条件优化
• 3.1 前言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验材料
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.4 分析项目
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 碳氮比对颗粒污泥产氢的影响
• 3.3.2 接种量对颗粒污泥产氢的影响
• 3.3.3 温度对颗粒污泥产氢的影响
• 3.3.4 金属离子对颗粒污泥产氢的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 有机废水厌氧发酵连续产氢产甲烷研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验材料
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 分析项目
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 pH 对产氢发酵液产甲烷的影响
• 4.3.2 金属离子对产氢发酵液产甲烷的影响
• 4.3.3 与单独产甲烷的比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 本论文的主要结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文