本文關(guān)鍵詞：低pH值下UASB反應(yīng)器以糖蜜為底物制取高純度氫氣的研究

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【摘要】：現(xiàn)如今,能源在每個國家的經(jīng)濟發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色。地球氣候的變暖、臭氧層被破壞以及酸雨等環(huán)境問題突顯。溫室氣體的排放主要來自于化石燃料的燃燒。因此,尋找可再生的替代能源或減少能源消耗的方法變得至關(guān)重要。2009年4月歐盟通過了《氣候行動和可再生能源一攬子計劃》,目標(biāo)是將能源效率提高20%,設(shè)定可再生能源在總能源消費中的比例提高到20%,2020年將歐盟溫室氣體排放總量在1990年基礎(chǔ)上減少20%。同年12月,在哥本哈根氣候變化大會中我國政府提出：加強節(jié)能、提高能效工作,爭取到2020年中國單位GDP二氧化碳排放將比2005年下降40%-45%；大力發(fā)展可再生能源和核能,爭取到2020年非化石能源占一次性能源消費比重達(dá)到15%左右；大力增加森林碳匯,爭取到2020年森林面積比2005年增加4000萬公頃,森林蓄積量比2005年增加13億立方米；大力發(fā)展綠色經(jīng)濟,積極發(fā)展低碳經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟,研發(fā)和推廣氣候友好技術(shù)。為完成這些挑戰(zhàn)需要世界各國堅持發(fā)展綠色經(jīng)濟的原則,其中包括可再生能源的供應(yīng)來替代化石燃料為基礎(chǔ)的能源供應(yīng)。用以平衡經(jīng)濟和社會發(fā)展與環(huán)境保護的關(guān)系。在全球范圍內(nèi),如燃料資源的快速消耗,化石燃料的消費增加,化石燃料未來可用性的不確定性以及全球能源需求的不斷增加,污染物排放量的增加和氣候變化,得到了全世界學(xué)者的重視并已經(jīng)著手研究開始使用不同的能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源,如天然氣和生物燃料與氫氣。氫氣可以通過多種途徑制取,如生物法的暗發(fā)酵產(chǎn)氫,具有很多優(yōu)勢。如細(xì)菌的生長速率高,需要的能量較低,不消耗氧氣,成本低,不需要光能,可以使用多種碳源作為基質(zhì)。許多類型的廢料可以轉(zhuǎn)化成為含糖廢水,從而作為生物基質(zhì)。在大多數(shù)的工業(yè)廢水中,有著容易降解的碳源。蔗糖和葡萄糖等單糖在適宜的溫度下有著較高的氫轉(zhuǎn)換效率,這是含糖廢水作為生物生產(chǎn)的原材料比其他材料更高效的原因。這都表明了,含糖廢水用于工業(yè)生物制氫是最有用的。本研究中,采用由有機玻璃制成的上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB),以糖蜜廢水為發(fā)酵底物,投加適量氯化銨和磷酸二氫鉀,研究在低pH值下系統(tǒng)的產(chǎn)氫性能。在系統(tǒng)啟動初期,投加碳酸氫鈉控制進水pH=6.75-7.15使系統(tǒng)處于中性厭氧發(fā)酵,固定進水COD為4000 mg.L-1,HRT=8 h。系統(tǒng)運行20 d后,系統(tǒng)處于混合型發(fā)酵類型,隨后停止投加碳酸氫鈉。系統(tǒng)經(jīng)過45 d的運行,乙醇和乙酸濃度占總濃度的79.39%,而丙酸的濃度只占總濃度的10.89%,形成了穩(wěn)定的典型乙醇型發(fā)酵。第65 d,乙醇和乙酸的濃度分別為840.56 mg.L-1、403.12 mg.L-1,乙醇與乙酸濃度占總濃度的93.2%,氫氣含量為86.97%。在出水pH=2.81時,系統(tǒng)產(chǎn)氫性能最佳。氫氣產(chǎn)率為2.079mmol·L-1·h-1,氫氣產(chǎn)量1.12 m3/m3.d,氫氣含量91.46%,是穩(wěn)定期氫氣含量的1.65倍。
【關(guān)鍵詞】：上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB) pH 乙醇型發(fā)酵 生物制氫 糖蜜
【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3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-21
• 1.1 課題背景8
• 1.2 厭氧生物制氫技術(shù)8-11
• 1.2.1 有機物的厭氧消化9-10
• 1.2.2 酸堿平衡與pH值10
• 1.2.3 厭氧技術(shù)特點10-11
• 1.3 厭氧生物制氫技術(shù)的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4 升流式厭氧污泥床(UASB)工藝的技術(shù)應(yīng)用13-19
• 1.4.1 UASB反應(yīng)器的原理15-17
• 1.4.2 UASB反應(yīng)器的構(gòu)成17-19
• 1.5 研究目的意義、內(nèi)容與技術(shù)路線19-21
• 1.5.1 研究的目的意義19
• 1.5.2 研究內(nèi)容19-20
• 1.5.3 技術(shù)路線20-21
• 2 實驗材料與方法21-24
• 2.1 實驗裝置21
• 2.2 接種污泥21-22
• 2.3 實驗用廢水22
• 2.4 分析項目與方法22-24
• 3 厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)24-28
• 3.1 厭氧顆粒污泥的形成條件24
• 3.2 實驗裝置與材料24-25
• 3.2.1 實驗裝置24-25
• 3.2.2 實驗用水25
• 3.2.3 接種污泥與預(yù)處理25
• 3.3 實驗方法25
• 3.3.1 反應(yīng)器的運行控制方法25
• 3.3.2 分析項目與測量方法25
• 3.4 實驗結(jié)果與討論25-27
• 3.4.1 OLR沖擊對COD去除率的影響25-26
• 3.4.2 顆粒污泥的粒徑及其分布26-27
• 3.5 本章小結(jié)27-28
• 4 UASB生物制氫反應(yīng)器的快速啟動與運行特性28-33
• 4.1 生物制氫反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)氫污泥的馴化28-29
• 4.1.1 產(chǎn)氫污泥馴化的實驗裝置28
• 4.1.2 實驗用廢水28
• 4.1.3 種泥的預(yù)處理28-29
• 4.2 氧化還原電位(ORP)的變化29-30
• 4.3 化學(xué)需氧量(COD)去除率的變化30-31
• 4.4 啟動過程中系統(tǒng)產(chǎn)氣與產(chǎn)氫量的變化31-32
• 4.5 本章小結(jié)32-33
• 5 低pH值對UASB系統(tǒng)產(chǎn)氫性能的影響與分析33-37
• 5.1 液相末端產(chǎn)物的變化對UASB系統(tǒng)產(chǎn)氫性能的影響33-35
• 5.2 pH值對UASB系統(tǒng)產(chǎn)氫性能的影響35
• 5.3 COD去除率對UASB產(chǎn)氫性能的影響35-36
• 5.4 本章小結(jié)36-37
• 結(jié)論37-38
• 參考文獻(xiàn)38-43
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文43-44
• 致謝44-45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：690537