完全混合生物膜發(fā)酵制氫反應(yīng)器的運行特性及調(diào)控技術(shù).pdf

1、發(fā)酵法生物制氫技術(shù)，以生物質(zhì)為原料進(jìn)行可再生能源物質(zhì)—氫氣的生產(chǎn)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，是解決環(huán)境污染和能源需求問題的重要途徑之一，已成為世界各國競相開發(fā)的高新技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景?；谀壳皣H上對生物制氫工藝的研究現(xiàn)狀，研究和開發(fā)高效、穩(wěn)定、易于調(diào)控的工藝形式，對加速發(fā)酵法生物制氫工藝的產(chǎn)業(yè)化有著重要的推動作用。本研究采用顆?；钚蕴孔鳛樯镙d體，通過連續(xù)流實驗，對生物載體強化的完全混合生物制氫反應(yīng)器的運行特性、不同有機(jī)廢水產(chǎn)酸

2、發(fā)酵類型的產(chǎn)氫能力、運行穩(wěn)定性以及乙醇型發(fā)酵的具體調(diào)控策略進(jìn)行了深入研究。這些研究對進(jìn)一步提高系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力，加速發(fā)酵法生物制氫技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。 利用顆粒活性炭的吸附性能自固定經(jīng)曝氣培養(yǎng)馴化的生活污水排放溝底泥，形成生物強化的載體，結(jié)合連續(xù)流攪拌槽式反應(yīng)器，開發(fā)完全混合生物膜法生物制氫工藝形式。在長期連續(xù)流運行過程中，獲得不同產(chǎn)酸發(fā)酵類型的生態(tài)位及產(chǎn)氫能力。 在無攪拌的情況下，生物載體顆粒沉積在反應(yīng)器底

3、部，盡管系統(tǒng)pH值在4.4左右，仍有產(chǎn)甲烷菌存在并進(jìn)行旺盛的生命活動，消耗產(chǎn)氫產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)生的氫氣。采取降低系統(tǒng)pH值至3.7，快速恢復(fù)了系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力。降低pH值可有效抑制厭氧產(chǎn)酸發(fā)酵過程中出現(xiàn)的產(chǎn)甲烷菌群，加速產(chǎn)氫反應(yīng)器的啟動。通過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施及運行控制對策可實現(xiàn)直接利用產(chǎn)甲烷厭氧污泥作為生物制氫反應(yīng)器的接種污泥。 通過模擬實際工程運行中的沖擊負(fù)荷，將COD有機(jī)負(fù)荷從正常運行時的40kg/(m3·d)降低到12kg/

4、(m3·d)，運行5d后，提升到28kg/(m3·d)。盡管負(fù)荷劇烈波動，系統(tǒng)內(nèi)的pH值雖然一度下降至3.0，但是當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)正常的底物供應(yīng)時，系統(tǒng)pH值即恢復(fù)至4.5左右，氫氣含量從17％上升到48％，產(chǎn)氣量增加30％。這不僅表明了完全混合生物膜發(fā)酵制氫反應(yīng)器良好的緩沖性能及運行穩(wěn)定性，而且為生物制氫反應(yīng)器的快速啟動和穩(wěn)定運行提供高效、簡便的調(diào)控策略。 反應(yīng)器運行不同時期厭氧活性污泥樣品的DGGE的DNA指紋圖譜顯示，微生物群

5、落經(jīng)歷了明顯的演替過程，群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢種群數(shù)量具有時序動態(tài)性，微生物多樣性呈現(xiàn)出協(xié)同變化的特征。在演替過程中，微生物多樣性增加后又逐漸降低，群落結(jié)構(gòu)之間的相似性逐漸升高，演替速度由快速到緩慢，優(yōu)勢種群經(jīng)歷了動態(tài)演替過程，最終形成特定群落構(gòu)成的頂級群落。 在反應(yīng)器初期運行階段，先降低負(fù)荷至原負(fù)荷的25％～30％，在此基礎(chǔ)上將負(fù)荷提高3～5倍，通過低負(fù)荷運行的選擇過程，能夠有效加速乙醇型發(fā)酵的形成，提高反應(yīng)器的產(chǎn)氫效率。