生物制氫反應器發(fā)酵類型控制對策及生物強化作用研究.pdf

1、發(fā)酵法生物制氫技術以生物質為原料進行可再生能源物質氫氣的生產符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求已成為世界各國競相開發(fā)的高新技術之一本文以混合菌種的連續(xù)流發(fā)酵生物制氫系統(tǒng)為基礎結合間歇培養(yǎng)試驗對發(fā)酵生物制氫反應器的啟動混合菌種的發(fā)酵產氫機理不同有機廢水產酸發(fā)酵類型的產氫能力運行穩(wěn)定性以及生物制氫反應系統(tǒng)的生物強化技術等進行了深入研究這些研究對進一步提高系統(tǒng)的產氫能力加速發(fā)酵法生物制氫技術的產業(yè)化進程具有重要意義。
　　連續(xù)流生物制氫反應器的快

2、速啟動研究結果表明啟動初期的容積負荷直接影響系統(tǒng)發(fā)酵類型的形成通過對一級可控生態(tài)因子容積負荷的控制可以實現(xiàn)反應器的快速啟動并達到預期的產酸發(fā)酵類型當容積負荷控制為5 kgCOD/m3·d左右進行啟動時易形成丁酸型發(fā)酵如果啟動初期的容積負荷控制在1012kgCOD/m3·d的范圍內則系統(tǒng)容易形成乙醇型發(fā)酵在過高的有機負荷下啟動可能造成反應系統(tǒng)的過酸狀態(tài)而導致反應器啟動的失敗。
　　對發(fā)酵生物制氫系統(tǒng)的生態(tài)演替規(guī)律以及頂極群落內平衡與

3、反饋調節(jié)機制的研究表明系統(tǒng)內發(fā)酵產物的變化是發(fā)酵菌群生態(tài)演替和發(fā)酵微生物自身生理代謝調節(jié)綜合作用的結果在反應器的啟動階段系統(tǒng)發(fā)酵產物的變化主要是由發(fā)酵菌群的生態(tài)演替造成的在系統(tǒng)的穩(wěn)定運行階段系統(tǒng)發(fā)酵產物的變化來自發(fā)酵菌群自身的生理代謝調節(jié)作用當環(huán)境條件的變化超出系統(tǒng)自身調節(jié)能力的范圍時系統(tǒng)會通過生態(tài)演替形成新的頂極群落。
　　產氫-產酸發(fā)酵菌群的產氫途徑共有三種即EMP途徑中的丙酮酸脫羧產氫 NADH/NAD+的平衡調節(jié)產氫和產氫

4、產乙酸菌的產氫產乙酸作用對產氫-產酸發(fā)酵菌群產氫機理的研究表明1在發(fā)酵生物制氫系統(tǒng)中氫氣主要是由丙酮酸脫羧作用產生的NADH/NAD+的平衡調節(jié)對系統(tǒng)產氫的貢獻較小它的作用主要表現(xiàn)在維持系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性方面2在發(fā)酵生物制氫反應器的啟動階段反應系統(tǒng)中的產酸發(fā)酵菌群能夠將少量的乙醇和乳酸轉化為乙酸而對丙酸丁酸和戊酸則無轉化能力3在發(fā)酵生物制氫反應系統(tǒng)完成菌群馴化進入穩(wěn)定運行期后產氫產乙酸細菌的產氫產乙酸作用不再發(fā)生它對系統(tǒng)的產氫作用無貢獻。

5、
　　對有機廢水產酸發(fā)酵的三種類型即乙醇型發(fā)酵丁酸型發(fā)酵和丙酸型發(fā)酵產氫能力的研究結果表明以糖蜜廢水為原料在容積負荷15kg COD/m3·d的條件下乙醇型發(fā)酵的產氫能力最高最大產氫能力可達1.5m3H2/m3反應器·d丁酸型發(fā)酵也具有較高的產氫能力最大產氫能力為0.8m3H2/m3反應器·d丙酸型發(fā)酵的產氫能力很低最大產氫能力僅為0.06m3H2/m3反應器·d其中乙醇型發(fā)酵的平均產氫能力是丁酸型發(fā)酵的1.8倍是丙酸型發(fā)酵的60

6、倍
　　對有機廢水產酸發(fā)酵不同類型的運行穩(wěn)定性研究表明乙醇型發(fā)酵的運行穩(wěn)定性要優(yōu)于丁酸型發(fā)酵 NADH/NAD+的平衡調節(jié)能力是影響運行穩(wěn)定性的一個關鍵因素在乙醇型發(fā)酵中產乙醇過程和產乙酸過程的耦聯(lián)保證了NADH/NAD+的平衡而在丁酸型發(fā)酵過程中產丁酸過程不能氧化過剩的NADH+H+導致產乙酸過程生成的NADH+H+在系統(tǒng)內大量積累影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
　　本文將生物強化技術引入生物制氫領域確定了連續(xù)流發(fā)酵法生物制氫工藝