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发酵法生物制氢技术,以生物质为原料进行可再生能源物质-氢气的生产,符合可持续发展战略的要求,已成为世界各国竞相开发的高新技术之一。本文以混合菌种的连续流发酵生物制氢系统为基础,对生物制氢反应系统的生物强化技术进行了深入的研究,这一研究对进一步提高系统的产氢能力,加速发酵法生物制氢技术的工业化进程具有重要意义。
本文将生物强化技术引入生物制氢领域,确定了连续流发酵法生物制氢工艺的最佳生物强化控制参数和高效菌种的投加技术。研究表明,系统在一定控制条件下达到稳定运行状态,在容积负荷为12kgCOD/m3·d、HRT6h、反应器内MLVSS为10.38g/L时,投加高效产氢菌种B49,在投加量为5%的条件下,强化处理后的反应系统,除ORP基本保持不变外,其产气和产氢能力、液相末端发酵产物、pH值、糖转化率等均发生了变化。其中糖的转化率从94.8%增加到96.3%,反应混合液的pH值从4.7下降为4.3~4.4,乙醇型发酵的目的产物乙醇和乙酸在总发酵产物中的比例也从73.6%提高到86.6%,平均产气能力和平均产氢能力分别提高了12.9%和18.0%。而且,生物制氢系统的生物强化作用有利于进一步提高反应系统的运行稳定性。
通过小试基础性试验的指导,将生物强化技术应用于工业化生物制氢反应系统。研究表明,系统在一定控制条件下达到稳定运行状态,在容积负荷为28.9kgCOD/m3·d、HRT8.6h、反应器内MLVSS为6.34g/L时,采用半连续生产和半连续投加高效产氢菌种Yuan-3的方式,投加菌种量为0.89%,对工业化发酵产氢反应系统进行生物强化技术处理。当工业发酵生物制氢反应器达到相对稳定状态时,单位反应器的产气率和产氢率比投菌前分别提高了15.7%和17.1%;单位生物量的产气率和产氢率比投菌前的产气率和产氢率分别提高了25.2%和27.7%。总糖的转化率超过了95.0%,反应系统的pH值维持在4.4~4.9之间,乙醇型发酵的目的产物乙醇和乙酸在总发酵产物中的比例也从88.9%提高到93.0%。