氮源对蔬菜废弃物发酵制氢的影响.pdf

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1、第33卷第10期太阳能学报Vo1．33．No．102012年10月ACTAENERGIAESOLARISSINICA0ct．．2012文章编号：0254-0096(2012)10—1820-04氮源对蔬菜废弃物发酵制氢的影响张相锋，张全国，尤希凤，王毅，荆艳艳(河南农业大学机电工程学院，郑州450002)摘要：以厌氧活性污泥为产氢菌种，研究了氮源对蔬菜废弃物厌氧生物制氢的pH值、产气能力、产氢能力以及气体成分的影响。结果表明添加适量的氮源能有效增加产氢量，延长产氢周期；氮源添加量在0％～0．1％范围

2、内，对蔬菜废弃物产氢能力具有促进作用，超过0．1％，则有明显的抑制作用，蔬菜废弃物产氢的最佳氮源添加量为0．1％。关键词：蔬菜废弃物；厌氧活性污泥；生物制氢；氮源中图分类号：TK511．4文献标识码：A试验所用产氢装置为间歇发酵产氢装置，如O引言图1所示。将蔬菜废弃物放入容积为500mL的4随着城镇居民生活水平的不断提高和我国蔬菜中，待接入适量筛选的厌氧活性污泥后用橡胶塞密产业深加工的进一步发展，人们对蔬菜上市前的前封，整体置于1中，通过3连接4、5，用排水法收集气处理提出了更高的要求，由此产生了大

3、量的蔬菜废体。反应温度调节通过6、7实现智能化控制。弃物。2009年全国蔬菜总产量6．02亿t，居世界第一产生的蔬菜废弃物已超过1．5亿t_1-4]。蔬菜废，弃物富含水分和有机质，易腐烂变质，不仅会污染环境，而且造成资源的浪费。发酵法生物制氢不仅能洁净化处理蔬菜废弃物，同时还产生清洁能源——氢气，因此对实现蔬菜废弃物无害化处理意义重大。目前针对发酵法生物制氢的研究主要集中在产氢装置、高效产氢菌株的筛选等方面J，底物多为1．恒温箱2．反应瓶3．导气管4．收集瓶5．贮水瓶6．温度计感应器7．精密数字温度

4、计葡萄糖、有机废水和纤维素原料等，现用菌种多为人工培养的纯菌种或混合菌群，存在成本高、适应性差图1发酵产氢装置等问题，对低成本的厌氧活性污泥使用和研究较Fig．1Fermentproducehydrogendevice少l10]。目前国内尚未见有利用厌氧活性污泥处理1．3试验方法蔬菜废弃物发酵产氢的相关研究报道。试验用装置总体积为500mL，按照质量比为1：1：1的比例装入捣碎后成糊状的菠菜、白菜、上海1试验装置与方法青，共120g混合废弃蔬菜；接种80g活性产氢污泥，1．1菌种加蒸馏水至400mL

5、，形成接种量为20％、料液浓度为本研究采用的厌氧活性污泥¨来自郑州市马30％、TS浓度为15．63％、初始pH为6．51的混合发头岗污水处理厂，经活化、富集培养后，富含多粘芽酵原料，然后用硼砂标准缓中溶液调pH为中性，置孢杆菌、浸麻芽孢杆菌等芽孢杆菌属产氢细菌。于35~C生化培养箱中黑暗厌氧培养；为考察额外添1．2试验装置加氮源(碳酸氢氨分析纯)对厌氧产氢的影响，按添收稿日期：2010-O7-16基金项目：国家自然科学基金(50976029)；国家高技术研究发展计划(863)计划(2006AAO5Z

6、119)；教育部博士点基金(20060466001)通讯作者：张全国(1958一)．．教授、博十导师，从事可再生能源工程方面的研究。zquanguo@163．tomlO期张相锋等：氮源埘蔬菜废弃物发酵制氢的影响加量(质量分数)设置0％、0．1％、0．5％3组对照试促进作用开始降低，未添加组和添加组pH开始趋验，每组做3个平行，求平均值。pH和气样检测每于一致，一方面在于发酵液中有机酸的大量积累抵隔24h进行1次。消了大部分氮源，另一方面在于有机物分解产生的1．4分析项目与方法CO部分溶于水，生成碳酸

7、，抵消了部分氮源。气体含量检测：使用GC．14B型气相色谱仪进2．2氮源对蔬菜废弃物产气规律的影响行检测，以氮气为保护气，以99．999％高纯氢气为添加氮素增加了蔬菜废弃物厌氧发酵制氢的有标准气。色谱条件：色谱柱填料为5A分子筛，氮气效营养元素，故从理论上讲添加组应比不添加组具作载气，流量45mL／min，进样口温度100％，柱温有更高的产气量和更长的产气周期。由图3可看80~C，TCD检测器150％，进样量500lxL，保留时间出，添加组应比不添加组具有更高的产气量，且产气2min。量随氮素的增加

8、呈上升趋势，0．5％N组和0．1％N组pH检测：采用由广州德润仪器科技有限公司生产气量分别是ON组的7．50倍和3．79倍。25O产的Deha320型酸度计测定，测量范围0～14．00，分辨率0．01。200l502试验结果与分析1002．1氮源对产氢过程中pH的影响50由厌氧产氢的机理可知，厌氧产氢细菌在产氢0过程中会积累大量丙酮酸、甲酸等酸性物质，虽然这013579l1l3l5l71921时间／d些物质对产氢细菌无毒害作用，但大量积累会限制能源转化率的提高”，当p