生物質(zhì)厭氧發(fā)酵制氫工藝條件及影響規(guī)律研究.pdf

1、隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格和和世界化石能然資源的日趨枯竭,氫能作為清潔高效的可再生能源正日益受到受到人們的重視。同時,利用生物質(zhì)固體廢棄物厭氧發(fā)酵制氫,是一項利用微生物的生理代謝作用分解有機(jī)物從而產(chǎn)生氫氣的生物工程技術(shù),可以將廢棄的生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵞茉?氫能,在生產(chǎn)清潔能源的同時,也進(jìn)一步減少了由于廢棄生物質(zhì)的堆放和焚燒所造成的環(huán)境污染問題,變廢為寶,是一種符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的清潔生產(chǎn)機(jī)制。
　　本文在前期研究成果的基礎(chǔ)上,針對農(nóng)

2、業(yè)固體廢棄物玉米秸稈進(jìn)行了發(fā)酵產(chǎn)氫實驗研究。首先針對菌源的預(yù)處理進(jìn)行了優(yōu)化,以天然的牛糞堆肥為菌源,在比較了直接強制曝氣、直接加熱煮沸與加熱煮沸和強制曝氣相結(jié)合這幾種方式后,根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)氫潛勢,確定茵源的預(yù)處理方式為加熱煮沸與強制曝氣相結(jié)合?？疾炝思訜嶂蠓袝r間和菌源的用量對產(chǎn)氫潛勢的影響,通過實驗得出最適宜的加熱煮沸時間為18min,菌源用量為50g/L。在此條件下,蔗糖模擬廢水和玉米秸稈的產(chǎn)氫潛勢達(dá)到最大,分別為241.35mL/g和1

3、38.57mL/g。生物質(zhì)厭氧發(fā)酵制氫關(guān)鍵因素之一是提高產(chǎn)氫系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而這很大程度上取決于發(fā)酵液中微生物的穩(wěn)定性。實驗對發(fā)酵液中微生物生態(tài)學(xué)做了初步研究,考察了5L和30L反應(yīng)器中微生物的生長量,發(fā)現(xiàn)生長曲線均符合典型的微生物生長規(guī)律。在發(fā)酵穩(wěn)定期,兩反應(yīng)器中產(chǎn)氫細(xì)菌濃度達(dá)到最高,分別為3.32g/L和3.90g/L。同時,對生長穩(wěn)定期的菌種進(jìn)行了分離純化和厭氧培養(yǎng),得到一株純菌株,通過革蘭氏染色和掃描電鏡的鑒定,初步判定該菌株為梭

4、菌屬細(xì)菌。底物的預(yù)處理效果也是發(fā)酵產(chǎn)氫的關(guān)鍵點之一。
　　在前期實驗的基礎(chǔ)上,采用機(jī)械粉碎、蒸汽爆破和稀酸水解相結(jié)合的方式對玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理,考察了秸稈的粒度和酸解時的液固比對酸解效果和產(chǎn)氫效果的影響,得出最適宜的秸稈粒度為小于0.850mm,最適宜的液固比為10。在此條件下,酸解后秸稈的糖含量達(dá)到最大值為19.76％。采用最適宜的預(yù)處理方式進(jìn)行產(chǎn)氫批試實驗,秸稈的最大產(chǎn)氫潛勢為128.79mL/g。實驗對玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)氫過程的

5、影響因素進(jìn)行了研究,并在5L和30L反應(yīng)器中對這些影響因素進(jìn)行了優(yōu)化。得出最適宜的控制條件為:溫度37℃;pH5.0±0.2:最適宜的底物濃度:5L反應(yīng)器10g/L,30L反應(yīng)器15g/L;底物停留時間12h;攪拌轉(zhuǎn)速:5L反應(yīng)器120r/min,30L反應(yīng)器100r/min。重點對金屬離子對發(fā)酵產(chǎn)氫效果的影響進(jìn)行了研究,考察了Fe2+和Mg2+等對秸稈產(chǎn)氫潛勢和產(chǎn)氫速率的影響,得出發(fā)酵時最適宜的離子濃度為:Fe2+200mg/L,Mg

6、2+10mg/L。此時,5L反應(yīng)器中最大產(chǎn)氫潛勢為112.37mL/g,最大產(chǎn)氫速率為115.68mL/(L·h);30L反應(yīng)器中得到的最大產(chǎn)氫潛勢為193.85mL/g,最大產(chǎn)氫速率為373.92mL/(L·h)。在前期實驗得到的最適宜條件下,進(jìn)行了5L和30L反應(yīng)器對比產(chǎn)氫實驗,取得了較好的實驗效果。得到兩個不同規(guī)模反應(yīng)器的產(chǎn)氫潛勢、最大產(chǎn)氫速率、產(chǎn)氫延遲時間和生物氣中氫氣的最高濃度,30L反應(yīng)器的玉米秸稈產(chǎn)氫潛勢是5L反應(yīng)器的1.