餐廚垃圾生物法制高濃度氫氣的研究.pdf

1、傳統(tǒng)能源儲量日益減少以及能源需求的不斷增長使21世紀(jì)的能源問題面臨巨大的挑戰(zhàn)，人們越來越認(rèn)識到可再生能源的巨大潛力和發(fā)展前景。氫是一種十分理想的載能體，它具有能量密度高，熱轉(zhuǎn)化效率高，清潔無污染等優(yōu)點。因此，作為一種理想的“綠色能源”，其發(fā)展前景十分光明。 餐飲經(jīng)營和居民生活的餐廚垃圾具有含水率高（70％~90％）、有機物含量高和營養(yǎng)豐富全面等特點，隨著生活質(zhì)量的提高，餐廚垃圾占生活垃圾的比例越來越大。微生物厭氧發(fā)酵制氫與餐廚垃

2、圾生物利用相結(jié)合具有很好的開發(fā)和利用潛力。韓國的Sun-Kee Han等人在餐廚垃圾制氫方面進行了大量的研究，產(chǎn)生速率達到7.05LH2?L-1?d-1，國內(nèi)相關(guān)文獻報道較少。本論文主要研究餐廚垃圾產(chǎn)氫工藝，并對反應(yīng)器進行改進，提高其產(chǎn)氫能力。 本文利用預(yù)處理過的活性污泥，在自制的連續(xù)厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中降解餐廚垃圾制取氫氣。實驗結(jié)果表明以高溫（100℃）預(yù)處理15min的厭氧活性污泥為種泥，在溫度37℃，pH6.0左右，較寬的稀

3、釋率（1.0~4.0d-1）范圍內(nèi)，均能較好的實現(xiàn)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫。在稀釋率D=2.4d-1下，乙醇、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5.6％、29.6％、5.4％、58.5％和0.9％，反應(yīng)器內(nèi)為典型的丁酸型發(fā)酵，厭氧發(fā)酵最大產(chǎn)氫量可達4390mL，餐廚垃圾單位產(chǎn)氫量為54.8mL/g干重，氫氣的產(chǎn)生速率為5.49LH2·L-1·d-1，氫氣的含量可達60％。以厭氧發(fā)酵液相產(chǎn)物作為稀釋液加入到反應(yīng)器中，反應(yīng)器的產(chǎn)氫能力有了大幅度的提

4、高，當(dāng)回流比R=0.8時，最大產(chǎn)氫速率可達10.9LH2·L-1·d-1，餐廚垃圾單位產(chǎn)氫量為94.4mL/g/干重，與D=2.4d-1（R=0）相比餐廚垃圾的利用率提高了72％，氫氣的含量可達65％，厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的產(chǎn)氫能力提高了約130％。與國外同類文獻相比，產(chǎn)氫速率有了較大提高。 在實驗室原有的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，本文還研究了光合細菌固定CO2的工藝條件以及厭氧發(fā)酵制氫和厭氧光合制氫的協(xié)同作用。光合細菌吸收反應(yīng)器的形式是影響CO2

5、固定的重要因素，在具有相同體積的槽式靜態(tài)吸收裝置、鼓泡塔吸收裝置和滴流床吸收裝置中，吸收速率分別為20.1mL·h-1·g-1dry cell，55mL·h-1·g-1dry cell和120.6mL·h-1·g-1dry cell。采用滴流床反應(yīng)器在最佳的吸收條件下：30℃、氣液流速分別為13~15 mL/min、72mL/min，菌體濃度為1.0g/L，Na2S的濃度為2.0 g/L，光合細菌固定CO2的最大速率為150.3 mL·