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

1、由于生物制氫技術(shù)具有清潔無污染和可再生性等優(yōu)點(diǎn)，被普遍認(rèn)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(shù)。在生物制氫技術(shù)中，發(fā)酵法生物制氫因穩(wěn)定性好、產(chǎn)氫能力高而具有更好的工業(yè)化前景。乙醇型發(fā)酵產(chǎn)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(chǎn)氫過程的快速啟動和生物強(qiáng)化進(jìn)一步提高產(chǎn)氫效能開展研究，以期為生物制氫技術(shù)的工業(yè)化提供技術(shù)依據(jù)和理論支撐。
　　采用糖蜜廢水作為有機(jī)碳源，利用連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器（

2、CSTR），探討了乙醇型發(fā)酵和丁酸型發(fā)酵產(chǎn)氫過程的差異，證實(shí)了前者具有更優(yōu)的產(chǎn)氫特性。通過探討乙醇型發(fā)酵產(chǎn)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(yùn)行穩(wěn)定性，表明以控制有機(jī)負(fù)荷（OLR）為主，以 pH值監(jiān)測和調(diào)節(jié)為輔助的手段能夠較快地形成乙醇型發(fā)酵類型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接種活性污泥量（以VSS計(jì)）為17.7 g/L，溫度為35℃，HRT為6 h，當(dāng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫系統(tǒng)的pH降低到3.2時，產(chǎn)乙醇菌群受到的抑制程度是最小的；當(dāng)發(fā)酵產(chǎn)氫系

3、統(tǒng)的pH恢復(fù)到4.6時，產(chǎn)乙醇菌群的代謝活性恢復(fù)較快，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水COD濃度(啟動初期4000 mg/L下降到2000 mg/L)，并以調(diào)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。
　　利用顆粒活性炭的吸附性能，對CSTR生物產(chǎn)氫反應(yīng)器的活性污泥進(jìn)行固定化，形成完全混合生物膜法制氫工藝。在連續(xù)流運(yùn)行過程中，獲得了不同的產(chǎn)酸發(fā)酵類型及產(chǎn)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(chǎn)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(fù)荷實(shí)驗(yàn)表明，COD有機(jī)負(fù)荷從正常運(yùn)行時的40 kg/(m3·d)降低到12 kg/(m3·d)，運(yùn)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(fù)正常的底物供給時，系統(tǒng)pH值很快恢復(fù)至4.5左右，氫氣含量從

5、17%上升到48%，產(chǎn)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(yùn)行穩(wěn)定性。
　　采用高效產(chǎn)氫菌種對CSTR產(chǎn)氫系統(tǒng)實(shí)施生物強(qiáng)化，確定了連續(xù)流發(fā)酵法產(chǎn)氫工藝的最佳生物強(qiáng)化控制參數(shù)和高效菌種的投加技術(shù)。研究表明，系統(tǒng)在一定控制條件下達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，在有機(jī)負(fù)荷為12 kgCOD/(m3·d)、投加菌種量為5%的條件下，系統(tǒng)生物強(qiáng)化作用后的平均產(chǎn)氣能力和平均產(chǎn)氫能力比生物強(qiáng)化處理前分別提高了12.9%和18%。