生物膜光生物制氫反應器產氫和降解特性.pdf

1、隨著經濟發(fā)展和人類對能源需求日益增加，作為主要能源的礦物燃料，如煤炭、石油、天然氣等的貯量不斷減少，按現在能源的消耗速度，礦物燃料消耗必然面臨危機。因此清潔能源的開發(fā)與應用是大勢所趨。氫能作為一種可再生的能源，取之不盡、用之不竭。而且氫氣還具有清潔，重量輕，熱值高，利用效率高，用途廣泛等優(yōu)點。生物制氫技術反應條件溫和、能耗低、能妥善解決能源與環(huán)境的矛盾，促進經濟與環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。其中光合細菌產氫可以在常溫常壓下進行，且產量大、純度高，代

2、謝變通性好、生長速度快、適應性強；光合產氫的速度要比藻類快、能量利用率比非光合細菌高、轉化效率高；對太陽光譜的響應范圍寬。光合細菌產氫可將太陽能利用、氫能源回收、廢水處理等有機地結合起來，不僅治理了環(huán)境污染而且使廢棄物資源化、能源化，被認為是很有希望的綠色氫來源之一，具有廣闊的應用前景，備受國內外研究者的關注。 本文從工程熱物理學科角度出發(fā)，針對采用以玻璃珠為填料的光生物制氫反應器的產氫，對光生物制氫反應器掛膜啟動工藝和光生物制

3、氫反應器內產氫的影響因子進行了系統(tǒng)的實驗研究。結合多孔介質理論，建立了一個能夠完整描述光生物制氫反應器內底物傳輸以及微生物生化反應的模型，同時建立了能夠描述反應器內代謝產熱及傳熱的生物膜代謝產熱模型。主要研究成果如下： 1)對采集回的微生物進行選育馴化，得到具有高產氫性能的菌株，通過鑒定，該菌株屬于沼澤紅假單胞菌屬，產氫能力達4.105 mmol H2/(100ml培養(yǎng)液)。 2)對影響生物膜光生物制氫反應器掛膜啟動的因

4、素進行了實驗研究，提出了衡量生物膜掛膜啟動完成的宏觀標準。實驗結果表明：生物膜掛膜啟動可分為3個階段：成膜期、膜生長期和穩(wěn)定期。在整個掛膜期間循環(huán)液吸光度、光生物制氫反應器的氫氣產量以及底物消耗的變化規(guī)律基本相同，這幾個參數可以作為衡量掛膜完成的綜合評價指標。在掛膜初期，進口底物濃度、循環(huán)液吸光度以及液體流量等因素對掛膜啟動有很大影響。 3)對粒徑為Φ4mm的規(guī)則形狀的玻璃珠填料組成的生物膜光生物制氫反應器的產氫性能進行了實驗研

5、究，系統(tǒng)地探討了各主要影響因子對反應器的產氫性能的影響。實驗結果表明：在不同光照條件下，該沼澤紅假單胞菌產氫的最適底物濃度為0.12mol/l，過高的底物濃度對產氫有抑制作用。在不同光譜條件下，該沼澤紅假單胞菌產氫的最佳光照度為50001x，過高和過低的光照度均不利于產氫。通過實驗還發(fā)現當反應器內溫度為25℃時產氫率最高，過高的溫度和過低的溫度同樣不利于產氫，在溫度為10℃和40℃時，產氫量基本為零。當循環(huán)液pH值等于7時，反應器的產氫