有机废水发酵法生物制氢技术资料

2）系统运行PH的变化规律
氢离子浓度与微生物的生存有密切的关系,整个胞外酶和胞内 酶的稳定性均在一定程度上受到它的限制。反应器启动后,含 有大量溶解性碳水化合物的废水进人反应器,由于碳水化合物 发酵产生的有机酸(特别是乙酸)的积累,使系统内pH值在5d内 迅速下降到4.0以下,但是随着系统缓冲能力的增强,pH值出现 逐渐升高的趋势。在反应器运行到25d时，各格室的pH值均上 升到4.2以上,在此之后的30d运行过程中,系统表现出良好的稳 定性,尽管进水pH值在5.5~7.0之间频繁波动,但系统出水的pH 值始终维持在4.2~4.4这一有限范围内。
四、产酸发酵菌群的产氢机理
大分子有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪 等） 1水解阶段 细菌胞外酶
水解的和溶解的有机物 2酸化阶段 有机酸、醇类、醛类等 产酸细菌 2酸化阶段 H2、CO2
3乙酸化阶段
4甲烷化阶段 乙酸 甲烷细菌
甲烷细菌
4甲烷化阶段 CH4
五、厌氧折流系统制氢的实验室研究
1982年,美国Stanford大学的教授针对传统有机废水厌氧生物处理
物,对此模型反应设备的启动、出水pH、碱度、氧化还原电位(ORP)、产
氢速率、液相末端发酵产物[如乙醇和挥发性脂肪酸VFAS等]的变化规律 作了研究,初步确定了此模型的最佳工程控制参数。
ABR各个隔室中微生物相是随流程逐渐递变的，递 变的规律与底物的降解过程协调一致，从而确保相应 的微生物拥有最佳的代谢环境和代谢活性。ABR的推流
一株发酵产氢细菌。
2、发酵法生物制氢的优势
发酵法生物制氢的产氢稳定性好
发酵产氢细菌的产氢能力高
制氢成本低
发酵细菌的生长速率快
微生物不同，其产能方式也不同。由于细菌种类的不同及生化反应体系 的生态位存在着很大的变化，导致形成不同特征性的末端产物。根据末 端发酵产物组成，可以将发酵类型分为三类: (1)丁酸型发酵产氢 (2)丙酸型发酵产氢 (3)乙醇型发酵产氢
3、污泥接种与运行控制
模型反应器启动所采用的种泥取自哈尔滨啤酒厂废水处理工艺中的二 沉池,为好氧剩余污泥,其密度为995g/L,含水率为97.43%,VSS/SS=70.92% 每个格室按20gMLSS/L的浓度接种,反应器污泥床的浓度为26.82gMLSS/L. 污泥接种完成后,反应器开始启动.启动时控制的工程控制参数 为:HRT=13.5h,Q=48.8L/d,COD=5000mg/L, 模型反应器在启动后25d左右, 系统达到稳定状态。此时,虽然各个格室的液相末端发酵产物总量差别较 大,分别为1200mg/L,2000mg/L,2800mg/L左右,但它们的组分及含量极其相 近,乙醇、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的含量均分别在36%、35%、20%、8%和 1%左右,说明系统形成了典型的乙醇型发酵。
4、分析项目及测定方法
试验过程中对反应系统的产气总量采用湿式气体流量计 测量,氢气含量采用气相色谱法测量,COD采用重铬酸钾法测 量,pH值采用pHS-25型酸度计测量,碱度(ALK)采用中和滴定
法(以CaCO3计),MLSS、SV、SVI采用重量法,氧化还原电位
(ORP)采用pHS-25型酸度计测定,挥发性脂肪酸(VFAS)和乙醇 采用GC一102型气相色谱仪测定,热导池检测器。
厌氧折流反应系统进行有机废水发 酵制氢
环境工程
一点
清洁
清洁
高效
高效
可再生
可再生
资源丰富
资源丰 富
便于贮 存和运 便于贮存 输 和运输
由于氢气具有以上优点而在能源界备受青睐，在不可再 生的化石燃料的大量开发和利用，带来严重的能源危机和环 境危机的情况下，氢能被认为是21世纪之后构成世界能源体
特性可确保系统拥有更优的出水水质，同时反应器的
运行更加稳定，对冲击负荷以及进水中的有毒物质具
有更好的缓冲能力。
1、实验装置及方法
1）实验装置及流程
本研究采用的折流式发酵生物制氢反应器由有机玻璃制成, 实验装置及流程如下图所示。其中,反应器规格为300cm又 110cmx10cm,分3个格室,总容积为27.84L,单格有效容积为 9.16L,每个格室由一个下流室和一个上流室组成。每格室上
技术中存在的一些问题所提出的分阶段多相厌氧反应器(简称SMPA)的概 念,在厌氧生物转盘反应器的基础上开发出一种高效厌氧处理设备,即折
流式厌氧反应器(简称ABR).ABR具有结构简单、运行稳定、操作灵活、
容积利用率高、生物持有量高等优点.本实验借鉴废水厌氧生物处理的 ABR工艺,以甜菜制糖厂的废糖蜜配制而成的有机废水作为生物制氢的底
部设有取样口,顶部设有集气管,采用湿式气体流量计计量气
体体积。配水箱的源水由计量泵泵人反应器第一格室。
2、实验用水
试验用底物为甜菜制糖厂的废糖蜜配制而成的有机废水.配水中投加少量的N和P,使 进水的COD,N,P约为1000：5：1,同时加人一些微量元素,保证生物系统的营养条件. 配水不进行人为的pH值调节。
5、实验结果与分析
1）系统运行产氢速率的变化规律 产气速率是最能直接反映反应器运行状态的一个指标,产 气量的多少直接反映着系统内微生物的代谢活性,而系统的 产氢速率是衡量生物制氢模型反应器优劣的一个重要标志。 在运行的前25d,系统的氢气产量随着运行时间的延长而逐步 升高,反应器在运行25d后,3个格室都达到了稳定的产氢率, 所产生的气体主要为H2和CO2。
系的重要支柱。在未来的世界能源系统中，氢能将发挥着举
足轻重的作用。
二、氢气的生产方法
水电解法 热化学法
光电化学法
等离子化学法
光合法生物制氢
生物制氢法 发酵法生物制氢
三、发酵法生物制氢技术
1、发酵产氢微生物
产氢发酵细菌是一类在代谢过程中可以产生分子氢的微生物，产氢
发酵菌能够根据自身的生理代谢特性，通过发酵作用，在逐步分解有机 底物的过程中产生分子氢。科学工作者们分离出了很多氢发酵细菌，以 期获得高产氢能力的产氢发酵细菌。如丁酸梭状芽孢杆菌、巴氏梭菌、 克氏梭菌、拜氏梭状芽孢杆菌、丙酮丁醇梭菌等。 在分离到的细菌中肠杆菌和梭菌属的细菌较多，它们的产氢能力 也普遍较强，例如：Kumar等分离到的一株阴沟肠杆菌，其最大产氢能 力可达29.63mmolH2（g干细胞.h),是目前世界上报道的产氢能力最高的