本文選題：秸稈上清液 + 活性污泥　； 參考：《河南農(nóng)業(yè)大學》2016年碩士論文

【摘要】：近年來,氫氣作為環(huán)境友好型的清潔能源受到了廣泛關注。在眾多的制氫方式中,暗發(fā)酵制氫因其可以有效利用生物質原料,減少農(nóng)業(yè)廢棄物對環(huán)境的污染而成為可再生能源領域的研究熱點。玉米秸稈類生物質是我國主要的農(nóng)業(yè)廢棄物,其中的纖維素含量比小麥、大豆、高粱等秸稈高(約占36%),因此,積極研究開發(fā)玉米秸稈的纖維素能源高效轉化與提質技術具有重要科學意義和實用價值,以玉米秸稈類生物質為原料的生物制氫技術也成為國內外的研究熱點之一。目前,生物制氫的研究工作多處于實驗室研究階段,制氫反應器的設計規(guī)模和運行模式僅僅局限于小規(guī)模的批次運行階段,對于以工業(yè)生產(chǎn)為標志的能夠連續(xù)運行的大容積反應器鮮有涉足。本課題采用小型生物質暗發(fā)酵制氫裝置和10m3暗-光發(fā)酵聯(lián)合制氫裝置中暗發(fā)酵反應單元相結合的試驗方式,以累積產(chǎn)氫量為考察目標,優(yōu)化出以活性污泥和產(chǎn)氣腸桿菌為產(chǎn)氫菌源時暗發(fā)酵制氫系統(tǒng)運行的最優(yōu)發(fā)酵溫度、初始pH值、水力停留時間等參數(shù),這將為生物制氫效率的提高,農(nóng)業(yè)廢棄物資源的最大化利用以及生態(tài)環(huán)境的保護起到重要的推動作用,對實現(xiàn)生物質制氫的低成本、規(guī)�；a(chǎn)具有重要的意義。(1)以粒度小于0.088 mm秸稈粉的酶解液為底物與熱預處理活性污泥(其中TS%為6.77%,VS%為47.90%,COD為36.665 g/L)進行暗發(fā)酵產(chǎn)氫實驗,以累積產(chǎn)氫量和產(chǎn)氫速率為考察指標,研究不同熱預處理(100℃水浴)時間、初始pH值、酶解液濃度、發(fā)酵溫度對暗發(fā)酵產(chǎn)氫的影響,并利用修正的Gompertz方程對產(chǎn)氫過程進行回歸分析,優(yōu)化出最佳玉米秸稈酶解液暗發(fā)酵產(chǎn)氫的工藝參數(shù)。結果表明:活性污泥利用玉米秸稈酶解液進行暗發(fā)酵產(chǎn)氫時,當活性污泥熱預處理時間為15 min、初始pH值為5.0、玉米秸稈粉酶解液濃度為22.34 mg/m L、發(fā)酵溫度為40℃時,產(chǎn)氫效果最佳,此時最大累積產(chǎn)氫量達到653.98 m L,最大產(chǎn)氫速率為15.89 m L/h。(2)以累積產(chǎn)氫量為考察指標,基于響應面Box-Behnken模型研究不同影響因素對玉米秸稈酶解上清液暗發(fā)酵產(chǎn)氫的影響,考察暗發(fā)酵產(chǎn)氫過程中不同影響因素間交互作用的顯著性,并對玉米秸稈酶解上清液暗發(fā)酵產(chǎn)氫工藝進行優(yōu)化。結果表明:溫度、初始pH值和還原糖濃度三因素中,溫度和還原糖濃度對玉米秸稈酶解上清液暗發(fā)酵產(chǎn)氫的影響最大,兩兩因素的交互作用對產(chǎn)氫量的影響效果均顯著。采用Box-Behnken模型獲得的最佳產(chǎn)氫條件為:溫度38.32℃,初始pH值4.93,還原糖濃度20.70 mg/m L,最大產(chǎn)氫量685.59 m L,此時最大產(chǎn)氫率為57.13m L/g。通過試驗驗證,實際最大產(chǎn)氫量為659.24 m L,產(chǎn)氫率為54.94m L/g,與模型預測值相比,相對誤差為3.84%,說明該模型具有較好的擬合性。(3)根據(jù)厭氧折流板反應器(ABR)的設計原理,進行10m3暗-光發(fā)酵聯(lián)合制氫裝置中暗發(fā)酵反應單元的設計,即暗發(fā)酵反應單元進料管、出料管、加熱套層、折流板尺寸、暗發(fā)酵反應器上蓋板以及自動控制系統(tǒng)的設計,總容積達3m3,從而建立一套完整的暗發(fā)酵生物制氫試驗系統(tǒng),對實現(xiàn)生物質制氫的低成本、規(guī)�；a(chǎn)具有重要的意義。(4)分別以活性污泥和產(chǎn)氣腸桿菌為菌源在10m3暗-光發(fā)酵聯(lián)合制氫裝置暗發(fā)酵反應單元中進行連續(xù)實驗,其中以活性污泥為菌源時,最佳的水力停留時間為24h,暗發(fā)酵144h共產(chǎn)氣6.6m3,氫氣含量為31.07%,產(chǎn)氫量達2.05m3,氫氣產(chǎn)率為11.4m LH_2/g(C_6H_(12)O_6),其中2#隔室出現(xiàn)了最大的產(chǎn)氫量222.46L/d;以產(chǎn)氣腸桿菌為菌源時,最佳的水力停留時間為48h,暗發(fā)酵144h共產(chǎn)氣3.4m3,氫氣含量為35.18%,產(chǎn)氫量達1.19m3,氫氣產(chǎn)率為13.2m LH_2/g(C_6H_(12)O_6),其中2#隔室出現(xiàn)了最大的產(chǎn)氫量128L/d,從而為暗發(fā)酵制氫的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定基礎。
[Abstract]:In recent years , hydrogen has been widely used as environmentally friendly clean energy source . In many ways of hydrogen production , it is a hot topic in the field of renewable energy . ( 1 ) The hydrogen production was studied by using the modified Gompertz equation . The results showed that the maximum cumulative hydrogen production reached 653.98 mL and the maximum hydrogen production rate was 15.89 m L / h . ( 2 ) The effect of different factors on the production of hydrogen was studied by using Box - Behnken model . The results showed that the maximum hydrogen production was 659.24 mg / mL , the maximum hydrogen production was 4.93 , the reducing sugar concentration was 20.70 mg / mL , the maximum hydrogen production was 689.24 mg / g , the maximum hydrogen production rate was 4.93 , the maximum hydrogen production rate was 57.13m L / g . ( 4 ) Continuous experiments were carried out in the dark - light fermentation unit of 10m3 dark - light fermentation by activated sludge and aerogenes respectively . The optimal hydraulic retention time was 24 h , the hydrogen content was 31.07 % , the hydrogen production was 2.05m3 , the hydrogen production rate was 11.4m LH _ 2 / g ( C _ 6H _ ( 12 ) O _ 6 ) , the hydrogen content was 35.18 % , the hydrogen production was 1.19m3 , the hydrogen yield was 13.2m LH _ 2 / g ( C _ 6H _ ( 12 ) O _ 6 ) , and the hydrogen yield was 128L / d , thus laying the foundation for the industrialization of hydrogen production .
【學位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ920.6;TQ116.2

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本文編號：1980417