生物制氫系統(tǒng)固定化載體的選擇與應(yīng)用研究.pdf

1、由于化石能源的消耗，全球的環(huán)境問題變得異常突出，氣候的多變性以及溫室效應(yīng)都不可忽視，因此新能源的開發(fā)是如今全球每一個(gè)工業(yè)化國家都迫切希望的。氫能作為一種無污染且又能帶來巨大能量（122 kJ/g）收益的新能源引起了全世界的關(guān)注。厭氧生物制氫技術(shù)憑借著其利用廢水作為有機(jī)底物，發(fā)酵生產(chǎn)氫氣，可有效地減少對(duì)環(huán)境的污染。為了能夠推動(dòng)生物制氫技術(shù)在工業(yè)化的發(fā)展，對(duì)于制氫工藝的優(yōu)化如今也變得越來越重要，無論是菌種的篩選、反應(yīng)器的優(yōu)化、發(fā)酵代謝條件的

2、強(qiáng)化都是亟待研究的方面。
　　為了研究固定化技術(shù)對(duì)于生物制氫工藝的影響，本文以連續(xù)流槽式CSTR反應(yīng)器作為反應(yīng)裝置，以糖蜜廢水作為有機(jī)發(fā)酵底物，對(duì)懸浮生長和固定化強(qiáng)化的活性污泥生物制氫系統(tǒng)進(jìn)行比較。在懸浮生長的生物制氫系統(tǒng)中，研究發(fā)現(xiàn)，容積負(fù)荷的沖擊會(huì)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部污泥生物量造成極大的影響，當(dāng)控制水力停留時(shí)間HRT=4h時(shí)，生物量MLVSS從14.48 g/L降低至了7.86 g/L。伴隨著污泥流失生物量的減少，反應(yīng)器內(nèi)部的代謝速率

3、受到了抑制，產(chǎn)氫能力也只有1.9624 L/d。而當(dāng)確定HRT=6h，溫度35℃，有機(jī)負(fù)荷OLR=16 kgCOD·m-3·d-1之后，反應(yīng)器進(jìn)入了持續(xù)穩(wěn)定的乙醇型發(fā)酵階段，此時(shí)在pH值=4.0-4.5，氧化還原電位ORP=-430 mV，最高產(chǎn)氫量可達(dá)6.258 L/d，反應(yīng)器內(nèi)部的化學(xué)需氧量COD去除率最高達(dá)到30％。
　　在固定化生物制氫系統(tǒng)的對(duì)比中，試驗(yàn)選用了活性炭顆粒、沸石顆粒、生物瓷環(huán)三種不同的固定化載體對(duì)活性污泥進(jìn)行

4、強(qiáng)化。固定化技術(shù)對(duì)于生物制氫工藝最大的優(yōu)點(diǎn)就是利用固定化載體的吸附能力與物理性質(zhì)有效地改善了反應(yīng)器內(nèi)部混合菌種對(duì)于生物制氫優(yōu)勢(shì)環(huán)境的適應(yīng)能力，從強(qiáng)化產(chǎn)氫菌生長代謝能力上對(duì)發(fā)酵制氫系統(tǒng)起到了優(yōu)化。研究表明:在控制HRT=4h，有機(jī)負(fù)荷OLR=36 kgCOD·m-3·d-1的情況下，固定化系統(tǒng)能夠持續(xù)高效的產(chǎn)氫，生物量MLVSS也不會(huì)因容積負(fù)荷的增加造成反應(yīng)器內(nèi)部的污泥流失;此外，根據(jù)不同固定化載體的物理特性，還能進(jìn)行多方面的再次優(yōu)化。<

5、br>　　在活性炭顆粒固定化制氫系統(tǒng)中，活性炭顆粒可以有效的改善負(fù)荷沖擊對(duì)于CSTR反應(yīng)器帶來的影響，并且利用活性炭的耐酸性質(zhì)，改善酸化環(huán)境對(duì)于產(chǎn)氫菌代謝生長的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)在溫度為35℃，水力停留時(shí)間(HRT)為4h，進(jìn)水COD為6000mg/L時(shí)，其最大產(chǎn)氫量可達(dá)到12.06 L/d;此外，反應(yīng)器內(nèi)部的耐酸性能良好，pH值最低可達(dá)3.42，而且在載體顆粒物的作用下，生物量活性保持良好， COD去除率也可高達(dá)40％。
　　在

6、沸石顆粒固定化系統(tǒng)中，利用沸石的耐熱耐酸性，還能夠給固定化發(fā)酵制氫工藝帶來高溫發(fā)酵的制氫收益。研究發(fā)現(xiàn):控制溫度35℃，水力停留時(shí)間(HRT)=4h，pH=3.6-3.8，OLR=36 kgCOD·m-3·d-1的情況下，最大產(chǎn)氫量為10.81 L/d;而控制溫度70℃，最大制氫量可達(dá)12.39 L/d。沸石顆粒有效地改善了溫度對(duì)于反應(yīng)器內(nèi)部發(fā)酵平衡的影響，還利用其耐熱的物理性質(zhì)，在保護(hù)原嗜溫產(chǎn)氫菌生長的基礎(chǔ)上，促進(jìn)了嗜熱產(chǎn)氫菌的生長。

7、
　　在生物瓷環(huán)固定化制氫系統(tǒng)中，生物瓷環(huán)憑借其大規(guī)格、高吸附耐熱性以及強(qiáng)大的凈水性能是最受關(guān)注的一種載體。試驗(yàn)的結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，在控制溫度為35℃，HRT=3h，有機(jī)負(fù)荷OLR=48 kgCOD·m-3·d-1的情況下，反應(yīng)器還能夠進(jìn)行乙醇型發(fā)酵，產(chǎn)氫量為13.48 L/d;而在HRT=4h，OLR=36 kgCOD·m-3·d-1的操控條件下，產(chǎn)氫量為17.16 L/d，相比其他兩種載體，生物瓷環(huán)固定化技術(shù)能夠提供更高的吸