论文部分内容阅读
氢气作为一种清洁、无污染、高效的能源载体,被认为是最有吸引力的新型替代能源之一,其生产和应用技术已成为衡量一个国家能源科技发展水平的重要标准之一。发酵法生物制氢技术,以生物质为原料进行可再生能源物质—氢气的生产,符合可持续发展战略的要求,已成为世界各国竞相开发的高新技术之一。近年来基于乙醇型发酵制氢工艺和理论,大量开展了以提高该工艺的产氢效率、完善工程控制对策、实现工业化生产为最终目的的理论和应用研究。但是目前混合菌种乙醇型发酵产氢系统的产氢效能和稳定性能低下,乙醇型发酵制氢工艺的工程控制对策还有待完善,产氢效率还有待进一步提高。本文以稀释糖蜜为原料,第一时期通过分阶段提高进水COD的方法,探讨了四格室、总有效容积为28.75 L厌氧折流板反应器(ABR)的发酵产氢系统产氢效能和运行特性。第二时期为HRT的调整运行实验,通过分阶段延长HRT的方法,逐步降低系统的容积负荷,探讨HRT延长对系统产氢效能和运行特性的影响。实验结果表明,以好氧和厌氧活性污泥的混合物接种,在HRT 24 h、进水pH 5.3～6.8和35℃等条件下,进水COD浓度从500 mg/L逐渐提高到6000 mg/L左右,ABR可在63 d内培育出具有产甲烷功能的微生物群落体系,并达到稳定运行。此时,4个格室中的液相末端产物以乙酸和丁酸为主,均呈现丁酸型发酵特征,系统的COD平均去除率为37.6%,平均产氢量为3.2 L/d,去除单位COD的比产氢率平均为45.29 L/kg COD。随着进水COD浓度的提高,ABR及各格室的运行特征也随之发生变化,在进水COD浓度提高到8000 mg/L并达到运行稳定状态时,后三个格室中仍有产甲烷活性的残留;前三个格室表现为乙醇型发酵,而最后一个格室的丁酸型发酵特征则得到加强;系统对COD的平均去除率降低为15.4%,平均产氢量和去除单位COD的产氢能力分别提高到12.85 L/d和360.22 L/kg COD;由于诸如产甲烷菌和同型产乙酸菌的耗氢活性未被有效抑制,ABR的产氢效能受到了严重影响,虽然总产气速率和活性污泥的比产气率分别达到了61.54 L/d和232 L/kgMLVSS·d ,但总产氢速率和活性污泥的比产氢率分别仅为12.85 L/d和48L/kgMLVSS·d。在进水COD浓度8000 mg/L的条件下,适当延长ABR的HRT有利于系统对产氢产乙酸菌群的富集和产氢效能的提高。当HRT从24 h延长至30 h时,虽然系统活性污泥的比产气速率从285 L/kgMLVSS·d降低至191 L/kgMLVSS·d ,但产氢速率却从14.78 L/d增加到了20.46 L/d。HRT较长时,产酸发酵菌群的活性降低,虽然有利于富集产甲烷菌群,但因其耗氢代谢作用,会显著降低ABR的产氢效能。当HRT从30 h增加到40 h时,ABR系统的产气速率从191 L/kgMLVSS·d降低到了92 L/kgMLVSS·d ,产氢速率也从24.34 L/d降低到2.7 L/kgMLVSS·d。