有机废水厌氧发酵生物制氢技术研究

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1、北京工业大学硕士学位论文有机废水厌氧发酵生物制氢技术研究姓名：闫文辉申请学位级别：硕士专业：市政工程指导教师：张岩20080501摘要!l-,————

2、II皇曼曼皇量鲁生物产氢是利用某些微生物体内存在着特殊的氢代谢系统来生产分子氢的～项生物工程技术。截止到2006年，我国获得生产许可证的食品发酵企业已有将近10万个，该工业废渣水年排放总量达41．3亿m3，其中废渣量2．5亿m3，此类废水中含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素、糖类。这为生物产氢提供了大量廉价的有机基质——尤其是高浓度的有机废水，微生物在降解这类废水中的高分

3、子有机物时，不仅使废水得到净化，又能释放出氢气，实现有机废水的‘‘变废为宝”。因此，本课题将进行有关有机废水的厌氧发酵生物制氢技术的基础研究。为了得到能够分解高分子有机物释放出氢气的微生物，本研究中采用了高碑店污水处理厂厌氧消化污泥，先将其进行加热预处理，再用作有机废水厌氧发酵制氢的种污泥。因为这样能够使污泥中微生物的驯化时间缩短，并且能将厌氧发酵反应有效地控制在产氢阶段。另外，为了得到连续不断的氢气以及比较理想的氢气产率，我们在完全混合式厌氧发酵生物产氢反应器中进行了连续产氢试验，重点考察了温度、pH值等环境因素的变

4、化对反应器内微生物连续发酵产氢的影响。实验结果表明：1、使用高碑店污水处理厂的厌氧消化污泥，经过热处理后进行厌氧发酵产氢，可以抑制产甲烷阶段，氢气产率明显得到提高。2、将厌氧消化活性污泥在不同条件下进行热处理时，发现在不同的pH值下，处理温度为70"C、80℃时的氢气产率最高。在pH值5．5时，温度80℃下热处理10分钟的种污泥，氢气产率达到最大为1．99mol／mol-葡萄糖。3、在pH值为5．5的情况下，热处理温度上升至fJ70℃时，甲烷的产率变成O；而在pH值为7．1和8．5的情况下不会出现这种隋况。这说明在酸性

5、条件下，产甲烷菌在较低热处理温度下就能够被杀死。4、末端发酵产物中，当甲烷产量减少时，乙酸的浓度会大幅度上升，成为主要的代谢产物。其次是丁酸、丙酸和戊酸。5、将污水处理厂的厌氧消化污泥作为厌氧产氢微生物的来源，经过热预处理后，接种到完全混合式厌氧发酵产氢反应器中，以淀粉为基质，表现出了良好的连续产北京工业大学工学硕士学位论文氢性能。6、在完全混合式厌氧发酵生物产氢反应器中，实现连续产氢的适宜环境条件为：温度控制在35±1℃，pH值在5．5左右，反应器水力停留时间(HRT)控制在8h，进水底物(淀粉)浓度为109／L。7

6、、在上述条件下，得到最大平均氢气产率为215mL／g-淀粉，占发酵气体总量的54．5％。其余的气体是C02占45．5％，没有甲烷生成。与国内外的一些研究相比，我们的产氢效率要高一些。8、在生物发酵产生氢气的同时，废水可同步得到降解和净化处理，COD得到一定的去除，去除率达到29．5％"-42．6％。关键词：有机废水；生物产氢：厌氧发酵；产氢微生物；热预处理ⅡABSTRA(一鼍曼曼皇皇曼曼!曼曼曼曼曼鼍曼曼曼皇皇曼曼皇量曼皇,,—III—一I曼曼曼曼曼曼暑皇!皇暑曼曼量舅曼皇量鼍曼曼皇曼皇曼皇皇曼皇皇曼曼曼ABSTRAC

7、TMicroorganismcanproducesmolecularhydrogenbysomespecialhydrogenmetabolicsystem．Bytheendof2006，therewerenearly100，000foodfermentationenterprisesinChina,about4．13billionm3wastewaterandresidueweredischargedannually，wasteresiduewere250millionm，whichcontainsrichprote

8、in,aminoacidS’vitaminsandsugar．itcanprovidebiologicalhydrogenproductionwithcheaporganicsubstrate,especiallyhi业concentrationoforganicwaste．Andthemicroorganismtaildecomposetheorganicwasteinthewate骂notonlymakeitclean，butalsoproducetohydrogen．Therefore，bio—hydrogenp

9、roductionwimorganicwastewaterbyanaerobicfermentationtechnologyisstudiedinthissubject．InordertogainthemicroorganismthatCandecomposetheorganicwasteandproducetohydrogen，