利用UASB反应器厌氧发酵糖厂废水生物制氢的研究进展-论文.pdf

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1、2014年第2期中国甜菜糖业2014No．22014年6月CHlNABEET＆sUGARJun．2014文章编号：1002—0551(2014)02—0015—05利用UASB反应器厌氧发酵糖厂废水生物制氢的研究进展梁乾伟，刘瑞娜，孟哲，程国玲(东北林业大学林学院，哈尔滨150040)摘要：介绍了糖厂废水利用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器进行厌氧发酵制氢的原理、工程控制参数，重点阐述了其研究现状和发展趋势。利用UASB反应器进行生物制氢，在理论研究方面已取得许多成果，但仍然没有实现大规模工业化生产，因为在启动和运行中仍存在一些问题，本文提出了一些

2、解决策略和建议，以期对今后的研究有一定的指导意义。关键词：糖厂废水；厌氧发酵；UASB；生物制氢中图分类号：TS249．9文献标识码：Bdoi：10．3639／j．issn．1002—0551．2014．02．004对存在的问题提出了一些解决方案。0前言1UASB反应器的结构和原理随着经济社会的不断发展，出现了化石能源短缺，石油价格日益攀升的问题，解决这些问题的有1．1UASB反应器的结构效途径就是寻求可再生、清洁、高效的能源作为替UASB即为上流式厌氧污泥床(up—flowAn-代品。氢气作为清洁能源的首选，将是未来的理想aerobicSludge

3、Blanket)，是20世纪70年代由荷兰燃料之一⋯。厌氧发酵生物制氢技术与光合生物著名学者Lettinga等开发的“。见图1。制氢相比，无需光能源、反应装置设计及运行简单、广—————’气体可利用糖厂的有机废水和废弃物，同时达到产能和除废的双重目的。由于具有的这些优点，生物制氢技术得到了人们的关注。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器由于具有离器结构简单、适应性良好、处理有机废水效率高、易于运行管理等优势，已成为第二代厌氧处理反应器中发展最迅速、应用最广泛的装置．4J。利用UASB反应器进行厌氧发酵制氢常用的底物有含糖废水j、啤酒废水J、淀粉废水、柠

4、檬酸废水]、豆制品废水、乳制品废水以及厨余废水叫等等。本文讨论了利用UASB反应器厌氧发酵制氢的工程控制参数，阐述和分析了该技术的研究进展，并收稿日期：2013—12—05基金项目：黑龙江省自然科学基金(2013E54)图1UASB反应器示意图作者简介：梁乾伟(1991～)，男，在读硕士，研究方向为水污染控制工程。UASB反应器主要由进水和配水系统、反应区·通信作者：程国玲(1969一)，女，博士，副教授，研究方向为水污染控制工程与生物技术。联系E—mail：dr_lyf@163．eom和三相分离器组成。反应区包括底部的活性污泥16中国甜菜糖业第2期

5、床和污泥床上部的悬浮污泥层，有机物主要在这里通常用磷酸二氢钾来补充，而碳源主要是指废水中被微生物厌氧分解，并产生氢气，这是反应器的主含有的有机物。在反应器启动时，稍微增加氮源，体部分。三相分离器由沉淀区、回流缝和集气室组对微生物的增殖有利，同时可以提高反应器的缓冲成，它的作用是把产生的气体、污泥和液体分离开。能力。三相分离器分离效果的好坏直接影响着反应器处2．3酸碱度理效果的好坏，所以它是反应器的关键部分。不同的产氢菌群对pH的要求不同，它们对1．2UASB反应器的原理pH的变化也很敏感，只有将酸碱度控制在适宜的废水由反应器的底部进入，首先经过的是由

6、絮范围内才能达到较高的产氢效率。对利用UASB状或颗粒状污泥组成的活性污泥床，在与污泥床中反应器厌氧发酵制氢的研究表明，将原料的pH控微生物接触的过程中，可以产生甲烷、氢气、二氧化制在5．5～6．0¨，当反应一段时间后，由于酸的产生，反应区的pH会下降至4．0～5．0。任南琪等HJ碳等气体。由于废水自下向上流动及大量气体的发现，当反应区的pH为4．5—5．0时对乙醇型发搅拌作用，使得污泥和废水充分混合，并在污泥床酵产氢最有利。可以通过向原料中投加碳酸钠、碳上部形成一个污泥悬浮层，废水中的有机质被分酸氢钠和氢氧化钠等碱性物质来维持反应器中酸解。产生的气

7、体上升到反应器上部三相分离器的碱度的稳定。集气室被排出收集，含有悬浮污泥的废水进入沉淀2．4氧化还原电位(ORP)区，沉淀性能良好的污泥又返回反应区，以保持反厌氧微生物需要在较低的氧化还原电位应区内的污泥浓度，保证后续处理的稳定进行，处(ORP)的环境中才能生存，因为它们的一些脱氢理后的废水则由出水系统排出。酶系如辅酶I、黄素蛋白和铁还原蛋白等要求在低若以乙酸作为厌氧发酵的末端产物，氢气的产的ORP值下才能保持活性。一般以ORP<一100生机理如下：mV为生物制氢反应器正常运行的最佳参数，通C6Hl2O6+H2O—÷2CH3COOH+4H2+2CO2

8、过这个参数的监测，可以及时发现和调整运行中出现的不良状态。2工程控制参数2．5有机负荷(OLR)有机负荷(O