添加劑存在下餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫條件優(yōu)化研究.pdf

1、在化石能源逐漸耗竭中，能源問題的重要性越來越突出，而清潔燃料—氫能逐漸成為人們研究的熱點，尤其是以富含碳水化合物的廢棄物質(zhì)為基質(zhì)進行的生物產(chǎn)氫，由于在產(chǎn)生清潔能源的同時實現(xiàn)廢棄物的治理和減排而受到廣泛關(guān)注。 本文針對餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)氫的特點，主要研究了添加添加劑以后，厭氧消化體系條件的優(yōu)化，包括添加劑的最佳添加比例、反應(yīng)溫度、氨氮濃度、含鹽量等；考察了不同接種污泥條件下，微生物種群演替過程；測定了水解酶活性，探討了復(fù)合堿劑促

2、進產(chǎn)氫過程的機理。主要研究成果如下： (1)添加表面活性劑與酶的混合物能夠抑制產(chǎn)甲烷菌等耗氫菌的生長，提高體系氫氣的產(chǎn)量。添加劑的最佳加入量為接種污泥投加量的4％，試驗獲得的最大氫氣濃度為50％，最大氫氣產(chǎn)量為114.5mLH2/gVS。 (2)提高溫度能夠明顯加快氫氣產(chǎn)生的速度并縮短停滯時間，從而能夠減少反應(yīng)器的體積；對三種溫度下氫氣累積體積濃度采用Gompertz方程進行數(shù)學(xué)模擬結(jié)果表明：反應(yīng)溫度為50℃的體系，

3、幾乎沒有氫氣產(chǎn)生；35℃條件下，反應(yīng)停滯時間僅為4.3h，比25℃時縮短9.7h，而且35℃可獲得7.09mL/h·gVS的產(chǎn)氫速率。此外，產(chǎn)生相同的氫氣，35℃條件比25℃下需要的時間縮短了大約70h，因此實際應(yīng)用中，應(yīng)該選擇35℃作為反應(yīng)的溫度。同時，要控制體系初始含水率90％左右。 (3)以微生物生長動力學(xué)為基礎(chǔ)，推斷出氫氣含量的變化與產(chǎn)氫菌的變化之間存在dY/dt=kdX/dt的比例關(guān)系，其系數(shù)k為產(chǎn)氫菌的產(chǎn)氫活性的表

4、征。并通過試驗進行模擬得出表示產(chǎn)氫細菌的比增殖速率及衰減常數(shù)的系數(shù)μmax=0.0467，Kdc=0.0258及產(chǎn)氫菌產(chǎn)氫過程遲緩期、指數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期的k分別為0.314、0.314、0.000、-0.782。并且，也可根據(jù)dY/dt來判斷產(chǎn)氫菌生長的各個階段及體系中微生物菌群的優(yōu)勢程度。 (4)在常溫下，餐廚垃圾的酸化是一個快速的過程，如果以pH為指標，那么經(jīng)過一天pH就降低到4.5左右：含水率在2～3天的時候降到最低

5、，然后升高，相應(yīng)地，VFA的濃度也在第三天達到最高值8g/L，然后逐漸下降。根據(jù)酸化餐廚垃圾的產(chǎn)氫結(jié)果可得出，初始pH值是影響餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)氫的重要因素，將初始pH調(diào)節(jié)到9.0可顯著提高氫氣的產(chǎn)量。 (5)當Na+濃度為5.03～14.41g/L時，體系的比氫氣產(chǎn)率大大提高，其中，當Na+濃度為9.83和14.41g/L時候，最大的比氫氣產(chǎn)率為154.8mLH2/gVS，但當Na+濃度超過20g/L時，氫氣的產(chǎn)率則迅速下降

6、，因此，在試驗中調(diào)節(jié)pH的過程中，要實時監(jiān)測Na+濃度。 在一定濃度范圍內(nèi)(3.58g/L～7.89g/L)，氨氮對產(chǎn)氫有促進作用，當氨氮濃度為6.24g/L時，得到最大的氫氣產(chǎn)率126.8mLH2/gVS，當氨氮濃度大于7.89g/L時，對產(chǎn)氫有抑制作用；當氨氮濃度為5.93g/L時，反應(yīng)的延遲時間達到了13.64h，因此綜合考慮氫氣產(chǎn)量和效率，應(yīng)該控制體系的氨氮濃度低于6g/L。 (6)不同微生物來源下餐廚垃圾厭

7、氧消化產(chǎn)氫過程是不同的，其中，好氧污泥是最好的產(chǎn)氫微生物來源，而顆粒污泥由于在厭氧條件下馴化，其中的甲烷菌活性很高，產(chǎn)氫菌數(shù)量很少，礦化垃圾與餐廚垃圾混合后的產(chǎn)氫效果不佳，礦化污泥在與污泥以及餐廚垃圾共同混合的體系，氫氣的產(chǎn)量大大提高。PCR—DGGE結(jié)果分析表明，在生物制氫反應(yīng)過程中，礦化污泥體系和礦化垃圾體系中微生物群落經(jīng)歷了明顯的演替過程，而污泥體系中產(chǎn)氫菌屬幾乎沒有變化，一直存在，是一些生態(tài)幅比較廣泛的種屬。 (7)加