有机废水发酵法生物制氢技术讲课.ppt

反应器分为 5个格室，前 4个格室的有效容积为 7.2L，每格室的下部边缘有60o倾角的导流板将格室分为体积比约为1:5的下流区和上流区，它能够使进水与污泥得到充分的混合接触,每个格室的上部水面下部设置了10cm厚的砾石填料层，填料层以穿孔有机玻璃为底部支架。 第5格室为具有厌氧反应和沉淀双重功能的格室，有效容积为14.4L，可以有效减少反应过程中污泥的流失，反应器外缠有电热丝，通过温控装置以保证反应器运行过程温度始终保持在34-36摄氏度。前4格室的每个格室下部的不同高度设有两个取样口，顶部的排气孔与水封相连，产生的气体通过水封由湿式气体流量计计量进水由恒流泵泵入。 1、实验用废水 实验污泥驯化阶段、启动及运行阶段采用的都是由废红糖配制成的有机废水，添加N、P保持COD、N、P的质量比在（200—500）：5：1左右，以供微生物生长繁殖所需。 接种活性污泥： 采用的污泥来自于哈尔滨市中药二厂污水处理车间的剩余污泥。取回的污泥经过淘洗、过滤后去除污泥中的无机大颗粒物质，然后装入曝气池进行曝气处理，使污泥达到良好状态。 2、不同HRT条件下ABR制氢系统的产氢效能析 不同HRT对ABR制氢系统产氢速率的影响见下图 。从中可看出，HRT从36h缩短到24、16、12h 时，产氢速率为上升趋势,而 HRT为 8h的运行过程中，产氢速率急剧下降.其原因是 HRT为36h时，流速过慢，对污泥冲力小，使污泥沉在反应底部，造成沟流现象，增大死区容积分数，导致污泥与废水不能充分混合。逐步降低 HRT，水流速度度增大，使沉降在反应器底部的污泥冲击起来，增大废水与污泥混合度，提高 ABR产氢速率。但 HRT过短，水流过快，却降低了废水与污泥的接触时间，此外，还会将污泥冲出反应器，导致污泥流失，降低了反应器产氢速率。最适合的HRT是水流带动污泥上升的速度与污泥沉降的速度相平衡。本实验中为12h。 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 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 CH4 1水解阶段 细菌胞外酶 2酸化阶段 产酸细菌 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