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1、厌氧折流反应系统进行有机废水发酵制氢环境工程一、氢能特点氢能的特点清洁高效可再生便于贮存和运输资源丰富氢能的特点清洁高效可再生便于贮存和运输资源丰富由于氢气具有以上优点而在能源界备受青睐，在不可再生的化石燃料的大量开发和利用，带来严重的能源危机和环境危机的情况下，氢能被认为是21世纪之后构成世界能源体系的重要支柱。在未来的世界能源系统中，氢能将发挥着举足轻重的作用。二、氢气的生产方法水电解法热化学法光电化学法等离子化学法生物制氢法光合法生物制氢发酵法生物制氢三、发酵法生物制氢技术1、发酵产氢微生物
2、产氢发酵细菌是一类在代谢过程中可以产生分子氢的微生物，产氢发酵菌能够根据自身的生理代谢特性，通过发酵作用，在逐步分解有机底物的过程中产生分子氢。科学工作者们分离出了很多氢发酵细菌，以期获得高产氢能力的产氢发酵细菌。如丁酸梭状芽孢杆菌、巴氏梭菌、克氏梭菌、拜氏梭状芽孢杆菌、丙酮丁醇梭菌等。在分离到的细菌中肠杆菌和梭菌属的细菌较多，它们的产氢能力也普遍较强，例如：Kumar等分离到的一株阴沟肠杆菌，其最大产氢能力可达29.63mmolH2（g干细胞.h),是目前世界上报道的产氢能力最高的一株发酵产氢细
3、菌。2、发酵法生物制氢的优势制氢成本低发酵法生物制氢的产氢稳定性好发酵产氢细菌的产氢能力高发酵细菌的生长速率快微生物不同，其产能方式也不同。由于细菌种类的不同及生化反应体系的生态位存在着很大的变化，导致形成不同特征性的末端产物。根据末端发酵产物组成，可以将发酵类型分为三类:(1)丁酸型发酵产氢(2)丙酸型发酵产氢(3)乙醇型发酵产氢四、产酸发酵菌群的产氢机理大分子有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）水解的和溶解的有机物有机酸、醇类、醛类等H2、CO2乙酸CH41水解阶段细菌胞外酶2酸化阶段产酸细菌
4、2酸化阶段3乙酸化阶段4甲烷化阶段4甲烷化阶段甲烷细菌甲烷细菌五、厌氧折流系统制氢的实验室研究1982年,美国Stanford大学的教授针对传统有机废水厌氧生物处理技术中存在的一些问题所提出的分阶段多相厌氧反应器(简称SMPA)的概念,在厌氧生物转盘反应器的基础上开发出一种高效厌氧处理设备,即折流式厌氧反应器(简称ABR).ABR具有结构简单、运行稳定、操作灵活、容积利用率高、生物持有量高等优点.本实验借鉴废水厌氧生物处理的ABR工艺,以甜菜制糖厂的废糖蜜配制而成的有机废水作为生物制氢的底物,对此
5、模型反应设备的启动、出水pH、碱度、氧化还原电位(ORP)、产氢速率、液相末端发酵产物[如乙醇和挥发性脂肪酸VFAS等]的变化规律作了研究,初步确定了此模型的最佳工程控制参数。ABR各个隔室中微生物相是随流程逐渐递变的，递变的规律与底物的降解过程协调一致，从而确保相应的微生物拥有最佳的代谢环境和代谢活性。ABR的推流特性可确保系统拥有更优的出水水质，同时反应器的运行更加稳定，对冲击负荷以及进水中的有毒物质具有更好的缓冲能力。1、实验装置及方法1）实验装置及流程本研究采用的折流式发酵生物制氢反应器由
6、有机玻璃制成,实验装置及流程如下图所示。其中,反应器规格为300cm又110cmx10cm,分3个格室,总容积为27.84L,单格有效容积为9.16L,每个格室由一个下流室和一个上流室组成。每格室上部设有取样口,顶部设有集气管,采用湿式气体流量计计量气体体积。配水箱的源水由计量泵泵人反应器第一格室。2、实验用水试验用底物为甜菜制糖厂的废糖蜜配制而成的有机废水.配水中投加少量的N和P,使进水的COD,N,P约为1000：5：1,同时加人一些微量元素,保证生物系统的营养条件.配水不进行人为的pH值调节
7、。3、污泥接种与运行控制模型反应器启动所采用的种泥取自哈尔滨啤酒厂废水处理工艺中的二沉池,为好氧剩余污泥,其密度为995g/L,含水率为97.43%,VSS/SS=70.92%每个格室按20gMLSS/L的浓度接种,反应器污泥床的浓度为26.82gMLSS/L.污泥接种完成后,反应器开始启动.启动时控制的工程控制参数为:HRT=13.5h,Q=48.8L/d,COD=5000mg/L,模型反应器在启动后25d左右,系统达到稳定状态。此时,虽然各个格室的液相末端发酵产物总量差别较大,分别为1200m
8、g/L,2000mg/L,2800mg/L左右,但它们的组分及含量极其相近,乙醇、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的含量均分别在36%、35%、20%、8%和1%左右,说明系统形成了典型的乙醇型发酵。4、分析项目及测定方法试验过程中对反应系统的产气总量采用湿式气体流量计测量,氢气含量采用气相色谱法测量,COD采用重铬酸钾法测量,pH值采用pHS-25型酸度计测量,碱度(ALK)采用中和滴定法(以CaCO3计),MLSS、SV、SVI采用重量法,氧化还原电位(ORP)采用pHS-25型酸度计测
