能源草酶解光合生物制氢实验研究

利用王草、象草、柳枝稷、紫花苜蓿这4种常见能源草的纤维素酶酶解液作为产氢底物,对其光合生物制氢性能进行了实验研究,以累积产氢量和产氢速率为考察指标,对比了不同类型能源草的产氢能力,并利用修正的Gompertz方程对产氢过程进行回归分析,验证了能源草作为光合制氢原料的技术可行性。结果表明,当产氢工艺条件为光合细菌接种量30%、温度30℃、光照度2 000 lx、发酵时间120 h时,紫花苜蓿产氢性能最好,王草次之,而象草和柳枝稷的产氢性能较差。王草、象草、柳枝稷和紫花苜蓿的累积产氢量分别为75.3、27.2、26.1和81.6 m L,最大产氢速率分别为7.83、3.5、4.33、14.75 m L/(h·L)。     

不同预处理对茶树叶厌氧发酵产气的影响

文章以茶树叶为发酵原料,厌氧活性污泥为接种物,在接种量为25%,配料TS浓度为7%和恒温35℃下,研究了纤维素酶预处理、高温蒸煮处理与Na OH预处理3种预处理方法对茶树叶厌氧发酵产气性能的影响。试验数据经过改Modified Gompertz模型处理,获得相应的厌氧消化动力学参数(最大累积产气量、最大产气速率和滞留时间),并计算出TS和VS评价指标。分析结果表明:经纤维素酶与Na OH预处理可以不同程度提高产气能力,并缩短发酵启动时间。Modified Gompertz模型拟合不同预处理茶树叶厌氧发酵累积产气量随时间变化具有较好相关性,拟合结果中质量分数4%的Na OH预处理茶树叶产气效果最好,发酵累积产气量2860 m L,最大产气速率127.9m L·d-1,总固体产气率、挥发性固体产气率分别为109.58 m L·g-1,116.73 m L·g-1,优于其他实验组与对照。因此,碱处理可能成为今后茶树叶沼气工程较理想的预处理方法。     

接种量对产气肠杆菌同步糖化暗发酵产氢的影响

文章以小麦秸秆为原料,研究了不同接种量对产气肠杆菌同步糖化发酵产氢的影响,以期寻求最佳的接种量条件。试验以累积产氢量、产氢速率等指标来分析产气肠杆菌利用小麦秸秆进行同步糖化发酵产氢的潜力及其可行性。结果表明:在以反应液体积为200 mL,底物为5 g小麦秸秆,酶负荷为150 mg·g~(-1)秸秆、初始pH值为6.5,温度为35℃的条件下,接种量为30%时产氢效果最好,此时的累积产气量达到737 mL,累积产氢量达到293mL,最大产氢速率为35.42 mL·h~(-1)L~(-1)。该实验研究为秸秆类生物质同步糖化厌氧暗发酵产氢的进一步研究奠定了基础并提供了科学参考。     

光合细菌产氢过程中氮源利用实验

对从活性污泥中筛选出的光合产氢混合菌群进行了光合产氢实验,研究了氮源对光合细菌生长和产氢过程的影响,分析了光合产氢过程中混合菌群对氮源的利用规律。结果表明:光合细菌生长过程中对氮源有很强的选择性,无机氮源尤其是铵盐类物质最易为光合细菌所利用,有机氮源次之;以(NH4)2SO4为氮源,添加浓度为7 mmol/L时,菌体生长最为良好,在培养24~48 h内,(NH4)2SO4利用速率最大,最大消耗速率为0.105 mmol/L。不同种类氮源对光合产氢混合菌群产氢的影响不很明显,利用有机氮源产氢效果好于无机氮源。光合细菌以(NH4)2SO4为氮源,添加浓度为3.5 mmol/L时,菌体具有较强的产氢活性,光合产氢过程中氮源只在0~48 h内有少量消耗,菌体进入产氢高峰期后不再利用氮源。     

不同固体浓度青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵产沼气性能研究

为考察青贮秸秆与牛粪的混合厌氧发酵条件,文章研究了3种不同总固体浓度(10%,12%和14%)对二者中温发酵产沼气性能的影响,并用修正Gompertz模型对其产气过程进行动力学拟合。结果表明,总固体浓度为12%时的沼气产量和品质均高于另外2种固体浓度,该条件下的发酵液p H值,VFAs,COD和NH+4-N浓度变化有利于沼气发酵。用修正Gompertz模型能很好地拟合累积产甲烷量随时间的变化,拟合得到3个试验组的最大产甲烷速率分别为211.12,345.31和210.93 m L·d-1。说明TS 12%时的青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵产沼气效果最佳。     

光合细菌混合菌群利用牛粪污水产氢实验

从自然界多处污泥中取样,采用选择性培养基初步富集出光合细菌混合菌群,采用菌体部分回流法对混合菌群进行筛选和优化,并研究了混合菌群以牛粪污水为原料的产氢特性。结果表明:从活性污泥中利用选择性培养基富集出的光合细菌混合菌群,生长快速、稳定,生长条件和产氢条件都比纯种细菌要求低。采用菌体部分回流装置筛选出了具有较高产氢活性的光合产氢混合菌群,菌体回流的最佳条件为:菌体回流时间36 h,菌体回流量30%,此时混合菌群的产氢活性较高,最大产氢速率达到28.3 m L/(L·h),平均氢气体积分数为55%。混合菌群以牛粪污水为原料产氢时,产氢持续时间216 h,平均产氢速率为11.65 m L/(L·h),原料利用率为71.48%,平均原料转化率为52.60 m L/g。     

不同接种量对木薯酒精废水厌氧发酵产氢的影响

文章以木薯酒精废水为原料,使发酵系统中的pH值维持在5.5左右,在35℃±1℃的中温条件下进行批量式发酵实验,研究了30%,40%,50%的接种量对木薯酒精废水厌氧发酵产氢的影响。结果表明,氢气发酵试验的运行时间为106 h,实验数据经过修改Modified Gompertz模型处理,获得的厌氧消化动力学参数(最大累积产气量、最大产气速率和滞留时间),并计算出TS,VS评价指标。计算得出30%接种量实验组产氢最佳,累计产氢量为522 mL,最大产氢速率为14.44 mL·h~(-1),TS产氢率为139.20 mL·g~(-1),VS产氢率为242.80 mL·g~(-1),其产氢发酵类型为丁酸型发酵,在对物料的降解程度方面表现出更好的优越性。     

不同生物预处理方式对污泥厌氧消化过程性能的影响

利用微生物处理技术对经聚丙烯酰胺脱水后的污泥进行不同方式微生物预处理,研究进料总固体(TS)质量分数为3%、发酵温度为35℃时厌氧消化过程中累积产气量与产甲烷含量、p H值、氨氮和化学需氧量(TCOD)等参数的变化趋势,探索真菌宛氏拟青霉不同预处理方式对脱水污泥厌氧消化过程特性的影响。试验结果表明:微生物预处理脱水污泥厌氧消化技术具有较好的可行性。直接添加宛氏拟青霉和添加宛氏拟青霉预处理2 d的污泥进行厌氧消化反应能够有效提高产气量和产甲烷量,加快水解速率,促进污泥中有机物的有效降解,使产甲烷过程顺利进行。直接添加宛氏拟青霉处理的产甲烷效果最优,其净累积产气量和产甲烷量较纯污泥分别提高85.79%和42.76%,且1 kg污泥可产甲烷12.69 L,较纯污泥提高42.74%。     

有机溶剂预处理对麦秆厌氧发酵产气的影响

目前,通过对秸秆进行化学预处理后产沼气的研究越来越多,其中以酸碱作为预处理试剂最为常见,但酸碱试剂对设备腐蚀较严重且对环境造成二次污染,故试验选择在厌氧发酵过程中可以被微生物分解的有机溶剂甲醇、丙酮进行预处理。为此,利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以小麦秸秆为发酵原料,通过p H值、VFA、甲烷含量、还原糖等指标分析了秸秆经不同浓度的甲醇、丙酮处理后其厌氧发酵产气效率的变化。结果表明:浓度为3%、4%、5%的甲醇、丙酮预处理后的秸秆的累积产气量较对照组均有所提高。其中,5%丙酮处理秸秆后的发酵效果最好,较对照产气量增加了81%;经5%甲醇处理组的秸秆甲烷含量达到68%。     

法国梧桐落叶厌氧消化产沼气潜力及动力学研究

文章以法国梧桐落叶为原料,在35℃±2℃的中温条件下进行批式厌氧消化试验,发酵原料VS(挥发性固体)浓度设为2%,运行时间为50 d。结果表明,发酵过程中p H值先下降后上升,最后稳定在7.25左右,VFA呈先上升后下降的趋势,最终低于500 mg·L~(-1)。氨氮含量最高达700.4 mg·L~(-1),未出现氨氮抑制,SCOD整体呈现下降趋势,发酵结束时在1000 mg·L~(-1)以下。法国梧桐落叶TS(总固体)产气率为313.65 m L·g~(-1),VS产气率为356.76m L·g~(-1),TS和VS降解率分别为28.36%和33.41%,累积产甲烷量为8628.50 m L,单位原料甲烷产率为148.92m L·mg~(-1)。以修正后的Gompertz方程对厌氧消化过程进行动力学拟合,方程相关系数为R~2=0.9965,修正后的Gompertz方程能够真实地表征法国梧桐落叶厌氧消化过程。     

机械力催化玉米秸秆醇解合成乙酰丙酸乙酯工艺研究

利用农作物秸秆醇解合成乙酰丙酸酯近年来受到广泛关注,但秸秆的难降解结构制约了秸秆的醇解利用。机械球磨是一种新兴的机械预处理方式,机械力作用可以有效破坏生物质致密结构,提高生物质化学反应性能。以玉米秸秆为对象,首先研究了球磨工艺对乙酰丙酸乙酯及其中间产物和副产物的影响,考察了催化剂类型、催化剂浸渍球磨、球磨时间、球磨介质填充率和球料体积比等因素;球磨显著提高了乙酰丙酸乙酯的产率。在相同H+浓度的条件下,催化剂酸性越强催化效果越好;球磨时间对乙酰丙酸乙酯的影响最大,介质填充率和球料体积比对乙酰丙酸乙酯产率的影响不显著;以乙酰丙酸乙酯产率为指标优化出的球磨工艺为:不添加催化剂球磨,球磨时间为60 min、介质填充率为35%、球料体积比为2。在此球磨条件下,乙酰丙酸乙酯的摩尔产率由20.08%提高到33.34%,基于纤维素的醇解产物总产率由73.18%提高到83.03%。     

秸秆类生物质酶解动力学与光合生物产氢特性研究

采用类分形动力学对4种常见秸秆类生物质的酶水解过程及其光合生物产氢能力进行了实验研究,并分析了各种秸秆类生物质的光合生物产氢能力及其与产氢菌种生长之间的相关关系,得到了秸秆类生物质酶解及光合生物产氢的相关动力学方程。实验结果表明,4种秸秆类生物质的酶解效果与产氢能力从大到小依次为小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆,酶解后还原糖质量浓度分别达到了19.88、15.72、14.04、9.41 g/L,累积产氢量分别达到了515.7、362、194.8、123.95 m L,且在菌种生长的对数期产氢速率达到最大。同时,利用类分形动力学揭示了秸秆类生物质酶解动力学参数与还原糖质量浓度及累积产氢量成正比例关系,为进一步完善秸秆类生物质光合生物产氢工艺理论和技术提供了参考。     

初始pH值对微波预处理颗粒污泥厌氧发酵制氢的影响

以高浓度有机废水为发酵底物,接种颗粒污泥进行厌氧发酵制氢,通过批量试验研究了初始pH值对经微波预处理后的颗粒污泥厌氧发酵产氢的影响.结果表明:初始pH为9.0时,产氢效果最好,此时的比产氢速率达到24.23 mmolH2·(gCOD·d)-1,COD去除率约为31％,出水挥发性脂肪酸浓度为3768 mg·L-1.     

不同含固率和接种比对尾菜厌氧消化的影响

文章通过尾菜中温批式厌氧消化实验,研究不同含固率(4%,8%)和接种比(RI/S=0.8,1.0,1.2)对尾菜厌氧消化产气特性的影响。结果表明,累计甲烷产量随含固率的提高而增加,随接种比的提高而降低,在含固率为8%,接种比为0.8时,累计甲烷产量最大,达到253.81 mL·g^-1VS。含固率一定时,接种比越高,越有利于缩短厌氧消化周期,但会降低累计甲烷产量;接种比一定时,含固率越高,产甲烷延滞期越长,累计甲烷产量越高。厌氧消化第9天各处理组均开始出现不同程度的丙酸积累现象,含固率为8%,接种比为0.8时,丙酸浓度最高可达1981.522 mg·L^-1。含固率越低,接种比越高,越有利于丙酸降解。厌氧消化第33天时,各处理组丙酸全部被转化利用。     

环流型光纤生物膜制氢反应器的底物传输与降解特性

以连续流产氢为目标,采用高透光性弥散光纤作为导光介质和光合细菌吸附成膜的载体,构造了环流型光纤生物膜制氢反应器。在实验研究的基础上,根据传质原理和Monod生化反应动力学建立了描述连续流反应器中底物传输和降解的二维数学模型。以强化底物传输和提高底物降解效率为目标,对反应器的实际操作参数进行了优化。研究结果表明,反应器的底物传输特性对反应器的底物降解效率有显著影响。反应器的底物降解效率随进口底物质量浓度的增加呈现先增大后减小的趋势。反应器的底物降解效率随流速的增加呈现逐渐减小的趋势。当反应器的进口底物质量浓度为10 g/L,流速为100 m L/h时,底物消耗速率最大,底物降解效率达到43.5%。合理地控制反应器中的底物传输使得生物膜区域具有适合的底物质量浓度分布,是维持反应器较高底物降解效率的有效途径。     

微槽透光板式光合制氢反应器连续产氢性能研究

从增加反应器中光合细菌的细胞持有量并强化光能利用和底物传输的角度出发,构造了新型的微槽透光板式光合制氢反应器。通过沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)的连续流产氢实验研究表明:当以葡萄糖为碳源底物时,在反应器光波长为590 nm、光照强度为9 W/m2、进口底物浓度为55 mmol/L、流速为960 m L/h运行工况下,产氢速率、底物降解效率和光能转化效率均有显著增加,分别达到1.17 mmol/(L·h)、77.5%和20.15%。研究表明,选择与光合细菌产氢代谢相适应的光波长和光照强度以强化光合磷酸化过程,并通过传质强化以促进底物的传输,是提高连续流光合制氢反应器产氢性能的有效方法。     

废水中硫酸盐生物还原影响因素的研究

本文对硫酸盐还原菌还原青霉素废水中的ＳＯ２－４进行了研究,试验结果表明：进水ＳＯ２－４浓度、ＣＯＤ／ＳＯ２－４及ＳＯ２－４负荷是影响硫酸盐还原效果的主要因素。在中温（３５℃±１℃）条件下,当反应器进水ＳＯ２－４浓度为１６００ｍｇ／Ｌ,ｐＨ为７～９,ＣＯＤ／ＳＯ２－４大于３,ＳＯ２－４容积负荷为７．５ｋｇ／（ｍ３·ｄ）时,ＳＯ２－４去除率可达８５％。     

牧豆树下吸式气化炉性能评价（摘选）

通过调查生物质发电厂得知,牧豆树常被选为下吸式气化炉的燃料。产气的特性由不同的成分、热值、密度和焦油含量所确定。气化炉的性能通过观察参数如燃料消耗量、比燃料消耗量、当量比、比产气率、比气化速率和气化效率来评价。在负荷20 kW条件下,一氧化碳（CO）、氢气（H2）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氮（N2）体积百分比分别为18.4%、13.8%、11.1%、2.40%和54.2%。随着发动机负荷从5 kW增加到20 kW,气体的热值、密度和焦油含量变化范围分别为4.17～4.85 MJm3,1.16～1.56 kgm3和10.0～10.2 mgm3;燃料消耗速率、比燃料消耗速率、比气化速率、比产气率、当量比和气化效率变化范围为11～28 kgh,1.40～2.20 kg（kW·h）,29.63～75.43 kg（m2·h）,103.7～257.43 m3hm2,0.32～0.47和79.26%～89.90%。