有機廢水乙醇型發(fā)酵產氫系統(tǒng)快速啟動及其生物強化研究.pdf

1、由于生物制氫技術具有清潔無污染和可再生性等優(yōu)點，被普遍認定是符合低碳戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一種新型生物技術。在生物制氫技術中，發(fā)酵法生物制氫因穩(wěn)定性好、產氫能力高而具有更好的工業(yè)化前景。乙醇型發(fā)酵產氫是一種新發(fā)現(xiàn)的混合培養(yǎng)發(fā)酵法生物制氫方法。本文圍繞著乙醇型發(fā)酵產氫過程的快速啟動和生物強化進一步提高產氫效能開展研究，以期為生物制氫技術的工業(yè)化提供技術依據(jù)和理論支撐。
　　采用糖蜜廢水作為有機碳源，利用連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應器（

2、CSTR），探討了乙醇型發(fā)酵和丁酸型發(fā)酵產氫過程的差異，證實了前者具有更優(yōu)的產氫特性。通過探討乙醇型發(fā)酵產氫過程的快速啟動、控制方法及控制參數(shù)，以及系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，表明以控制有機負荷（OLR）為主，以 pH值監(jiān)測和調節(jié)為輔助的手段能夠較快地形成乙醇型發(fā)酵類型。實驗結果表明，接種活性污泥量（以VSS計）為17.7 g/L，溫度為35℃，HRT為6 h，當厭氧發(fā)酵產氫系統(tǒng)的pH降低到3.2時，產乙醇菌群受到的抑制程度是最小的；當發(fā)酵產氫系

3、統(tǒng)的pH恢復到4.6時，產乙醇菌群的代謝活性恢復較快，通過調節(jié)進水COD濃度(啟動初期4000 mg/L下降到2000 mg/L)，并以調節(jié)系統(tǒng)pH值為輔助手段，厭氧發(fā)酵制氫系統(tǒng)可在11 d左右完成乙醇型發(fā)酵的快速啟動。
　　利用顆?；钚蕴康奈叫阅?，對CSTR生物產氫反應器的活性污泥進行固定化，形成完全混合生物膜法制氫工藝。在連續(xù)流運行過程中，獲得了不同的產酸發(fā)酵類型及產氫能力。丁酸型發(fā)酵和乙醇型發(fā)酵適宜的pH值范圍分別為4.4

4、~4.7和4.0～4.2，ORP范圍分別為－200～－350 mV和－330～－350 mV。乙醇型發(fā)酵獲得的最大產氫速率為3.9 m3/(m3·d)，氫氣含量56％，優(yōu)于丁酸型發(fā)酵。沖擊負荷實驗表明，COD有機負荷從正常運行時的40 kg/(m3·d)降低到12 kg/(m3·d)，運行7 d后，再提升到28 kg/(m3·d)的過程中，系統(tǒng)的pH值雖然下降至3.2，但是恢復正常的底物供給時，系統(tǒng)pH值很快恢復至4.5左右，氫氣含量從

5、17%上升到48%，產氣量增加30%。這說明完全混合生物膜法制氫工藝具有良好的緩沖性能及運行穩(wěn)定性。
　　采用高效產氫菌種對CSTR產氫系統(tǒng)實施生物強化，確定了連續(xù)流發(fā)酵法產氫工藝的最佳生物強化控制參數(shù)和高效菌種的投加技術。研究表明，系統(tǒng)在一定控制條件下達到穩(wěn)定運行狀態(tài)，在有機負荷為12 kgCOD/(m3·d)、投加菌種量為5%的條件下，系統(tǒng)生物強化作用后的平均產氣能力和平均產氫能力比生物強化處理前分別提高了12.9%和18%。