微槽透光板式光生物制氢反应器底物操作参数优化

从连续流产氢的目标出发,采用在高导光性载体表面刻制微槽的方法,构造了具有高比表面积的微槽透光板式光生物制氢反应器,完成了光合细菌的快速成膜并实现细胞固定化。用Box-Behnken的响应曲面分析方法,对影响微槽透光板式光生物制氢反应器连续流产氢性能的相关底物操作参数进行了3因素3水平的实验。结果表明,对反应器产氢速率的单因素影响显著顺序依次为水力停留时间、初始pH值和初始底物浓度。对反应器产氢速率具有显著交互作用的影响因素是初始底物浓度和初始pH值。当初始底物浓度、水力停留时间和初始pH值分别为54.3 mmol/L、21.5 h和7.1时,微槽透光板式光生物制氢反应器的产氢速率达到最大值2.242 mmol/(L·h)。     

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。     

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)。     

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。     

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。     

光合细菌生物制氢技术研究进展

阐述了国内外光合细菌生物制氢技术的研究进展,讨论了影响光合细菌制氢技术发展的主要因素,探索了利用生物与工程技术提高光合细菌产氢效率的有效途径和方法,指出了目前光合细菌生物制氢技术发展存在的障碍和问题,并对光合细菌生物制氢技术发展方向及趋势进行了展望.     

光合细菌制氢反应料液中光衰减规律研究

在使用白炽灯为光源的条件下,调整距离使反应器表面光照度为2000 Lx,恒温30℃厌氧条件培养光合细菌,从反应器中分别取24 h,48 h,72 h,96 h,120 h,144 h,168 h的反应液作为测试样品在光径测试装置中测定光在其中的衰减规律.结果表明:当反应液接种量为5%进行连续培养和产氢时,随着反应液中菌体浓度的增强可见光在反应液中的透过性逐步降低.光合细菌培养液在第72时菌体浓度达到最大,反应液对可见光的吸收也达到最大,可见光在通过12 cm的距离时光照强度由13000 Lx衰减到1000 Lx.     

不同磷酸盐浓度对厌氧颗粒污泥发酵产氢的影响研究

实验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,研究不同磷酸盐浓度条件下的产氢效果。结果表明:当磷酸盐的浓度为6 mmol.L-1～8 mmol.L-1时,对有机废水制氢具有促进作用,在浓度为8mmol.L-1时,氢气含量为56.3%达到最大。随着磷酸盐浓度的增加,化学需氧量(COD)去除率和出水挥发性脂肪酸(VFA)浓度也逐步提高,但当磷酸盐浓度升至10 mmol.L-1时,由于进水营养比例失衡,产氢产乙酸菌群的活性受到抑制,产气率也因此减少。     

光合微生物制氢技术的研究进展

介绍了目前制氢的主要方法，光合微生物制氢被认为是最具潜力的氢能生产技术之一。论述了光合微生物的产氢机制，讨论了影响光合微生物放氢的主要因素，如光、菌株特性、氢供体等。综述了光合微生物制氢研究现状和发展方向，分析了光合微生物制氢技术所面临的问题，提出了一些解决方案。     

酸碱预处理对三球悬铃木落叶同步糖化发酵产氢的影响

对三球悬铃木(俗称法国梧桐)落叶酸碱预处理及其同步糖化发酵产氢工艺进行实验研究,利用修正的冈珀茨模型(Gompertz model)对产氢曲线加以拟合,以累积产氢量和产氢速率为考察指标,研究不同酸碱预处理方法(添加质量分数为2%、4%、6%、8%的H2SO4和Ca(OH)2)对三球悬铃木落叶光合生物产氢性能的影响规律,优化出最佳酸碱预处理工艺条件为:稀酸预处理后的落叶试样的产氢性能优于氢氧化钙预处理后的落叶试样,其中H2SO4质量分数为4%时处理效果最佳,发酵产气中的氢气最大体积分数达66.34%,累积产氢量为369 m L,最高产氢速率11.03 m L/h。稀酸处理液可以实现3次有效回收利用。     

沼液回流提升推流式厌氧反应器运行效果研究

为了研究沼液回流对推流式厌氧反应器(PFR)厌氧消化效率的影响,文章采用有效容积为36 L的PFR,以牛粪为底物,进料浓度TS为7～10%,发酵温度38℃±1℃,水力停留时(HRT)为20 d条件下连续运行100 d。结果发现:50%的沼液回流能够提升反应器产气效率,在沼液回流运行期,日产气量最高达到57.92 L·d^-1,容积产气率为1.58 L·L^-1d^-1,甲烷含量为68.9%。平均挥发性有机物产气率为433.03 L·kg^-1 VS (干物质产气率为366.99 L·kg^-1 TS),相比于未回流沼液运行期提升42.46%,底物转化效率提高了17.84%。通过对沼液回流运行期的微生物群落组成分析可以看出,细菌主要以Firmicutes和Bacteroidetes具有降解纤维类及大分子的水解酸化菌为主。古菌则以Methanothrix和Methanospirillum为绝对的优势产甲烷菌为主。该研究结果可为以牛粪为原料的大型沼气工程提高整体效率和能量输出提供基础参考数据。     

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。     

光合-厌氧混合菌群生物共发酵产氢动力学研究

以光合、厌氧细菌混合菌群为对象,研究了混合菌群共发酵产氢过程中产氢动力学特性,建立了混合菌群生物共发酵产氢过程中关于菌体质量浓度、底物利用及产氢量的动力学模型。将光照因素引入混合菌群产氢动力学模型中,采用同伦摄动法(HPM)对非线性动力学模型进行求解,得到了混合菌群共发酵产氢过程中菌体质量浓度、底物利用及产氢量的动力学模型。通过与实验数据对比,模型与实验数据基本一致,能够很好地反映出共发酵产氢过程中产氢参数的变化趋势。对建立的3个动力学模型的动力学参数的相互关系及其敏感性进行了分析,研究发现动力学参数中最大比生长速率对模型结果的影响最大,最大比生长速率对菌体质量浓度影响的变化量达到79%,对底物质量浓度影响的变化量达到118%,对产氢量影响的变化量达到98. 4%。     

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.     

沼气生物脱硫新技术

污泥的厌氧消化和污水的厌氧处理所产生的沼气中都含有H2S,由于它是一种腐蚀性很强的化合物,所以沼气脱硫是沼气利用的关键环节.本文综述了近年来研究人员在开发生物脱硫工艺方面所做的大量工作,以取代传统的化学脱硫工艺.随着发光二极管和生物膜反应器应用方面的技术进步,一些生物脱硫的工艺已经显示出市场应用的潜力.     

厌氧法处理硫酸盐有机废水过程中的基质竞争

本文介绍一相法UASB反应器、复合式厌氧反应器、二相法的硫酸盐还原相厌氧滤池中硫酸盐还原菌与产甲烷菌之间的基质竞争作用。