有机废弃物生物制氢研究.pdf

《有机废弃物生物制氢研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、技术与信息有机废弃物生物制氢研究喻玮昱(长沙麓山国际实验学校，湖南长沙410000)摘要：氢气的燃烧生成水,是目前最理想的清洁能源之一。而暗发酵生物制氢过程，能利用各种生活污水、粪便和垃圾等为原料产氢，获得氢气的同时净化了环境，具有无污染、可再生、成本低等优点，受到国内外广泛关注。本文系统地介绍了发酵制氢微生物菌群、发酵工艺、过程放大等现状，以期为生物能源的发展提供基础。关键词：生物制氢；有机废弃物；暗发酵氢气是最理想的能源物质之一。制氢的方法主要包括太阳2.3两步发酵产氢和两步发酵联产氢气甲烷系统能制氢、水电解制氢、重整制氢、生物制氢等。生物制

2、氢主要包发酵产氢的能量回收率大约只有5%～15%，大部分能量括光合制氢和暗发酵制氢，与前者相比，暗发酵制氢表现出更以挥发酸等形式残留在发酵液中，由此提出两步发酵产氢：第多的优越性：①发酵产氢菌产氢能力高，生长速率较高，能利一步，发酵细菌转化有机物产氢，同时产生挥发酸等；第二步，用不同有机废弃物产氢；②无需光照，操作及管理简单方便；加入光合细菌，利用挥发酸等产氢。通过两步工艺，产氢效率可1-4]③反应器容积无限制等[。本文重点从菌群、发酵工艺和规模达8.3molH2/mol-葡萄糖，证明“暗发酵产氢-光合产氢”放大几个方面对暗发酵产氢进行介绍。的耦

3、合可提高产氢，但其能量转化效率仍只有50％，光照需求[2-3]1发酵产氢微生物等也给应用带来了困难。产氢微生物主要包括肠杆菌属、固氮菌属、克雷伯氏菌与之相比，“暗发酵产氢-产甲烷发酵”联产氢气甲烷系统属、醋微菌属和梭菌属等，其中研究最多的是梭菌属、肠杆菌属则可进一步提高能量回收，操作简单，可以改造现有沼气工程[1,4]等。梭菌分布极为广泛，能够产生孢子，对环境有较强耐受力；来实现规模化。过程关键点是产氢段采用偏酸pH、较短停留梭菌能利用葡萄糖、纤维素等不同底物产氢，氢气产率可达时间，以抑制产甲烷菌，富集产氢微生物；而产甲烷反应器采1～3molH/

4、mol-葡萄糖。肠杆菌生长速度快，可代谢碳源用中性pH、较长停留时间，以富集生长代谢较慢的产甲烷菌，2[1,4]范围广，同时它能消耗氧，恢复产氢能力。一些极端嗜热菌有强能量回收可达70%以上。产氢能力，像高温厌氧纤维素分解菌的氢气产率达5molH2/3发酵产氢工程现状[2-3]mol-葡萄糖，但温度高达70℃，能耗较高。发酵产氢尚未获得工业化应用，大量研究都只达到中试规纯菌产氢通常需要无菌条件。利用自然环境中的混合微生模。我国的任南琪教授提出乙醇型发酵产氢，以糖蜜废水为原物，例如堆肥、污泥等，经过热处理、酸碱处理等预处理可以实料，进行了乙醇型发酵

5、产氢过程的中试放大研究，反应器规模[2]现混合菌批处理产氢。通过低pH和短水力停留时间来抑制3333达到100m，容积产氢达到5.3m/m·d，年产氢气40万m，为产甲烷菌，富集产氢菌，可以实现连续发酵产氢。混合菌发酵操暗发酵产氢的规模化应用打下了重要基础。以食品废弃物为原[2-3]作简单，稳定性好，可转化各种有机废弃物，更具有实用性。3料的发酵产氢也达到了中试规模，中试反应器为0.15m中温332发酵产氢工艺厌氧序批式反应器，容积产氢达1.7m/m·d。2.1发酵工艺参数4结语影响发酵产氢的因素很多，包括pH、氢分压、温度等。pH综上所述，暗发

6、酵生物制氢在环境和能源领域体现了巨大是影响发酵产氢的重要因素，偏酸性pH有利于抑制耗氢菌生的潜力，该过程不仅可处理工业有机废水，还可处理城市垃圾、长，富集产氢菌，葡萄糖、蔗糖等为原料发酵产氢时最优pH一农业废弃物等，原料来源广泛，同时操作较简单、厌氧过程能耗般在4～6。温度提高可提高产氢速率，还将降低液相中氢气溶低。尤其是联产氢气甲烷的两步工艺，可解决单一产氢过程能[2-3]解度，减少产物抑制。金属离子影响菌生长，可维持或增强量回收低的问题，还可较好地与现有沼气工程相整合得到应2+2+相关酶活性，如Fe参与铁氧还蛋白合成；Ni有利于提高氢用。目前

7、，产氢菌群、优化控制和规模放大等仍有待深入研究，酶活性，从而影响产氢。氢的积累将产生产物抑制，向反应器充以推进生物制氢的产业化，其发展必将带来巨大的社会、经济氮或氩气、降低氢分压可促进产氢。另外，废水的C/N比，底物和环境效益。[2-3]类型也有重要影响。参考文献:2.2发酵产氢反应器[1]赵玉中,师晓爽,戴萌,等.微氧处理对城镇生活垃圾两产氢最常用的反应器是搅拌式反应器(CSTR)和升流式相发酵联产氢气甲烷的影响[J].可再生能源,2016,4:621-627.污泥床(UASB)。上述反应器可以结合固定化技术，以解决运行[2]王园园,张光明,张

8、盼月,等.污泥厌氧发酵制氢研究中产氢微生物的流失问题，固定化技术有两种：①使用载体进展[J].水资源保护,2016,32(4):109-