本文關(guān)鍵詞：以淀粉糖漿為底物的CSTR生物制氫反應(yīng)器的啟動與運行

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【摘要】：氫氣是目前最理想的清潔能源之一�？紤]到制氫成本和環(huán)境友好程度,其成本不高,并有著豐富的原材料,人們能利用固體廢棄物、生活污水、動物糞便和各種餐廚垃圾等物品發(fā)酵制氫,這在獲得了氫氣的同時也凈化水質(zhì),達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的目的,起到了廢物無害化和資源化的雙贏效果。本研究對SS-CSTR(以淀粉糖漿為底物的CSTR系統(tǒng))與BS-CSTR(以紅糖為底物的CSTR系統(tǒng))的啟動與運行進(jìn)行了對比,討論了以淀粉糖漿作為制氫底物的可行性,并研究了工程控制參數(shù)pH值對SS-CSTR系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。采取由啟動初期的較高OLR[18 kg/(m3·d)]降至較低OLR[9 kg/(m3.d)]的方式(污泥接種量分別為18.11 gVSS/L和18.04 gVSS/L,溫度為35+1℃,HRT=6 h),SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)均可以實現(xiàn)在16 d左右啟動。啟動完成后,SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)的pH值分別穩(wěn)定在4.37和4.28左右,生物氣產(chǎn)量分別達(dá)到3.00 L/d和4.52 L/d,其中氫氣含量分別為74.60%和75.28%,SS-CSTR系統(tǒng)液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的乙醇及乙酸含量分別為536.678 mg/L和396.978 mg/L,二者共占液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的75.54%,BS-CSTR系統(tǒng)乙醇及乙酸含量分別為550.395 mg/L和412.357 mg/L,二者共占液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的76.49%,兩系統(tǒng)均形成典型的乙醇型發(fā)酵。經(jīng)對比SS-CSTR系統(tǒng)與BS-CSTR系統(tǒng)的啟動情況,可以得出以下結(jié)論：SS-CSTR系統(tǒng)的啟動效果與BS-CSTR系統(tǒng)相比較差,SS-CSTR應(yīng)對環(huán)境條件變化的調(diào)節(jié)能力遜于BS-CSTR系統(tǒng)。其原因是SS-CSTR系統(tǒng)中易于被微生物消化利用的糖分含量低于BS-CSTR系統(tǒng)。通過提高有機負(fù)荷的方式考察了SS-CSTR與BS-CSTR運行的穩(wěn)定性。OLR由9 kgCOD/(m3·d)提高到24 kgCOD/(m3.d)后,SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)均可在9 d重新達(dá)到穩(wěn)定運行狀態(tài),其COD去除率分別由8.30%和18.00%分別提高至22.00%和20.00%,產(chǎn)氣量分別由3.00 L/d和4.52 L/d提高至25.00 L/d和29.00 L/d,氣體中氫氣所占比例分別達(dá)到65.4%和64.6%左右。乙醇型發(fā)酵的主要目的產(chǎn)物乙醇和乙酸的含量在液相末端發(fā)酵產(chǎn)物中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別可達(dá)84%和82%左右,其中乙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別可達(dá)59%和60%左右,可見兩系統(tǒng)保持了乙醇型發(fā)酵的特征�！谶\行階段,比較SS-CSTR與BS-CSTR的pH值、ORP、COD去除率以及氫氣產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差,BS-CSTR系統(tǒng)均低于SS-CSTR系統(tǒng)。由此可得出結(jié)論：SS-CSTR和BS-CSTR系統(tǒng)均具有良好的穩(wěn)定性,但SS-CSTR系統(tǒng)略差于BS-CSTR系統(tǒng)。本研究條件下,淀粉糖漿的氫氣產(chǎn)率為1.41 mmol/(L.h),紅糖的氫氣產(chǎn)率為1.62 mmol/(L.h)�？梢哉J(rèn)為利用淀粉糖漿制氫具有一定可行性。對SS-CSTR工程控制參數(shù)pH值的改變使反應(yīng)器內(nèi)部的優(yōu)勢種群發(fā)生了改變,引起了發(fā)酵類型的變化。前10 d,pH值控制在5.2～5.5時,液相產(chǎn)物主要由丁酸和乙酸構(gòu)成,乙醇含量很低,呈現(xiàn)出丁酸型發(fā)酵。11 d-20 d,pH值控制在3.8-4.2,發(fā)酵產(chǎn)物逐步轉(zhuǎn)換為以乙醇和乙酸為主,發(fā)酵類型呈現(xiàn)出典型的乙醇型發(fā)酵。由此可知,當(dāng)微生物生境處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)時,某一種群的生態(tài)因子恰好滿足環(huán)境條件中限制性因子集合,此種群可成為優(yōu)勢菌群。因此,在實際應(yīng)用中,為促使所需代謝產(chǎn)物的菌群處于優(yōu)勢地位,應(yīng)人為創(chuàng)造對其有利的環(huán)境條件,使環(huán)境適宜該種微生物的生長與代謝。
【關(guān)鍵詞】：CSTR 厭氧發(fā)酵 生物制氫 乙醇型發(fā)酵 淀粉糖漿
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2;X703
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 生物制氫技術(shù)的主要研究方向10-15
• 1.2.1 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11
• 1.2.2 厭氧發(fā)酵制氫的發(fā)展動態(tài)11-12
• 1.2.3 利用不同基質(zhì)產(chǎn)氫進(jìn)展12-14
• 1.2.4 發(fā)酵法生物制氫的發(fā)酵類型14-15
• 1.2.5 CSTR生物制氫反應(yīng)器15
• 1.3 本課題的來源及主要研究內(nèi)容15-17
• 1.3.1 本課題的來源15
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容15-16
• 1.3.3 技術(shù)路線圖16-17
• 2 試驗裝置與方法17-22
• 2.1 底物的選擇——玉米淀粉糖漿17-18
• 2.2 試驗裝置與工藝流程18-19
• 2.3 污泥預(yù)處理19
• 2.4 實驗進(jìn)水19-20
• 2.5 分析項目與方法20-22
• 2.5.1 pH及氧化還原電位(ORP)的測定20
• 2.5.2 化學(xué)需氧量(COD)的測定20
• 2.5.3 SS及VSS的測定20
• 2.5.4 氣相末端產(chǎn)物的測定20-21
• 2.5.5 液相末端產(chǎn)物的測定21-22
• 3 以不同底物啟動CSTR的對比22-33
• 3.1 污泥的馴化22-23
• 3.1.1 接種污泥的預(yù)處理22-23
• 3.1.2 污泥預(yù)處理方式23
• 3.2 CSTR反應(yīng)器啟動參數(shù)的設(shè)定23
• 3.3 SS-CSTR與BS-CSTR啟動階段pH值變化對比23-25
• 3.4 SS-CSTR與BS-CSTR啟動階段ORP變化對比25-26
• 3.5 SS-CSTR與BS-CSTR啟動階段液相產(chǎn)物變化對比26-27
• 3.6 SS-CSTR與BS-CSTR啟動階段氣相產(chǎn)物變化對比27-29
• 3.7 SS-CSTR與BS-CSTR啟動階段COD去除率的變化對比29-30
• 3.8 SS-CSTR與BS-CSTR啟動階段堿度的變化對比30-31
• 3.9 本章小結(jié)31-33
• 4 SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及產(chǎn)氫效能分析33-46
• 4.1 SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性對比33-44
• 4.1.1 有機負(fù)荷的提高33
• 4.1.2 SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)運行過程中pH值變化33-35
• 4.1.3 SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)運行過程中ORP變化35-36
• 4.1.4 SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)運行過程中COD去除率變化36-38
• 4.1.5 SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)運行過程中液相產(chǎn)物變化38-41
• 4.1.6 SS-CSTR與BS-CSTR系統(tǒng)運行過程中氣相產(chǎn)物變化41-43
• 4.1.7 SS-CSTR與BS-CSTR運行穩(wěn)定性的對比43-44
• 4.2 SS-CSTR與BS-CSTR產(chǎn)氫效能對比44
• 4.3 本章小結(jié)44-46
• 5 工程控制參數(shù)pH值的調(diào)控對SS-CSTR穩(wěn)定性的影響46-53
• 5.1 pH值的調(diào)控對液相產(chǎn)物的影響47-48
• 5.2 pH值的調(diào)控對ORP的影響48-49
• 5.3 pH值的調(diào)控對COD去除率的影響49-50
• 5.4 pH值的調(diào)控對產(chǎn)氣量的影響50-51
• 5.5 本章小結(jié)51-53
• 結(jié)論53-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文60-61
• 致謝61-62

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1065834