【摘要】：水熱液化(Hydrothermal Liquefaction,HTL)是一種直接將高含水率的生物質(zhì)經(jīng)高溫高壓轉(zhuǎn)化成生物原油的熱化學(xué)技術(shù)。目前,大多數(shù)研究集中在如何提高生物原油的產(chǎn)率和品質(zhì)上,探究關(guān)于水熱液化廢水(Post-hydrothermal Liquefaction Wastewater,PHWW)的處理問題相對較少。該廢水含有高濃度的、成分復(fù)雜的和有毒有害的有機(jī)化合物,如氮氧類雜環(huán)化合物等。目前,經(jīng)傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)處理后并未能實(shí)現(xiàn)良好的處理效果,COD去除率在40-60%,因此,本研究構(gòu)建了微生物電解池(Microbial Electrolysis Cell,MEC),探究了 MEC處理兩種典型PHWW同步制氫的可行性,揭示了不同操作條件(輔助電壓、有機(jī)負(fù)荷、水力停留時間)對MEC性能的影響規(guī)律,并解析了微生物電解池同時去除PHWW中有機(jī)物和總氮的機(jī)理。主要的結(jié)果如下:可行性探究表明MEC反應(yīng)器設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可行,且用MEC方法處理兩種典型的PHWW同時制氫是可實(shí)現(xiàn)的。結(jié)果顯示,MEC陰極產(chǎn)氫占絕對優(yōu)勢,以高氨氮的豬糞PHWW作為底物時,最大產(chǎn)氫速率和氫含量分別為75.36 mL/L/d和61.77%,而以低氨氮的玉米秸稈PHWW作為MEC底物時,最大產(chǎn)氫速率和氫含量分別為25.49 mL/L/d和55.45%。因此,MEC技術(shù)用于處理PHWW是一條可行之路,具有繼續(xù)深入探究的必要性和潛力。不同操作條件對MEC性能的影響研究表明,PHWW經(jīng)MEC處理后,廢水中的有機(jī)污染物得到了很大程度的降解,并實(shí)現(xiàn)MEC的高效產(chǎn)氫。在較低的初始底物濃度下,COD去除率可高達(dá)97.87%。以高氨氮的豬糞PHWW作為底物時,最大產(chǎn)氫速率和氫氣產(chǎn)率分別高達(dá)168.01 mL/L/d和5.14 mmol/kgCOD。若按此最大產(chǎn)氫速率計(jì)算,MEC產(chǎn)氫可基本滿足HTL生物原油原位油品提質(zhì)的過程所需,從而實(shí)現(xiàn)HTL和MEC較好的耦合。另外,豬糞PHWW中的含氮化合物經(jīng)MEC處理后顯示出較好的去除效果,如TKN的去除(80%),而NH3-N的去除(36.66%-76.53%)不及TKN。因此,MEC適用于PHWW中有機(jī)氮的去除,而對于PHWW中高濃度NH3-N的去除效果欠佳。陽極微生物菌群結(jié)構(gòu)與有機(jī)化合物降解關(guān)系解析發(fā)現(xiàn),MEC陽極微生物中細(xì)菌占絕對優(yōu)勢,且桿狀菌居多,污泥中細(xì)菌多樣性顯著高于MEC陽極生物膜上,而MEC微生物膜上的菌群更具專一特性。從門水平上,陽極微生物主要菌群為:變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、綠菌門(Chlorobi)、放線菌門(Actinobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)以及綠彎菌門(Chloroflexi),構(gòu)成了 MEC陽極生物膜細(xì)菌總數(shù)的80%以上。PHWW中難降解的大分子有機(jī)化合物如鄰苯二甲酸二甲酯和鄰苯二甲酸二乙酯,通過MEC處理后均可得到顯著降解,最大去除率分別為95.3%和79.3%。其中鄰苯二甲酸二甲酯的降解與陽極生物膜上Xanthobacter相關(guān)。
【圖文】：

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文邐第一章緒論逡逑近年來，ＭＥＣ作為產(chǎn)氫的一條路徑，吸引了越來越多的注意，如圖１－２中所示（該圖中數(shù)據(jù)逡逑來源于Ｗｅｂｏｆ邋Ｓｃｉｅｎｃｅ數(shù)據(jù)庫）。這是由于ＭＥＣ產(chǎn)氫主要具有以下優(yōu)勢：（１）可以在溫和的反應(yīng)逡逑條件下發(fā)生，如環(huán)境溫度、常壓和中性ｐＨ值等［６４］；邋（２）不受熱力學(xué)限制，原料高效轉(zhuǎn)化；只需逡逑較小的外加輔助電壓即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氫（３）可用原料較為廣泛，包括可生物降解的還原性有機(jī)逡逑物、無機(jī)物、中間代謝產(chǎn)物（有機(jī)酸）等；（４）唯一產(chǎn)物為清潔能源－氫氣，無需分離、純化；（５）逡逑可治理環(huán)境污染－如各種廢水處理。ＭＥＣ生物制氫的研究共經(jīng)歷三個階段：（１）外加輔助電壓有逡逑交換膜的ＭＥＣ制氫［６６１；邋（２）外加輔助電壓無交換膜的ＭＥＣ制氫［６７］［６８Ｈ６９］；邋（３）邋ＭＦＣ－ＭＥＣ耦逡逑合制氫［７ＤＨ７１］。與電化學(xué)法中的電解制氫相比，主要的優(yōu)勢在于ＭＥＣ可以所需外加的輔助電壓逡逑遠(yuǎn)小于電解水產(chǎn)氫過程中所需的電壓Ｏ１．２３０邋Ｖ）邋［７２］［７３］。與光合生物制氫相比，ＭＥＣ不受光照逡逑限制，在底物利用上可以處理比光合產(chǎn)氫更廣泛的復(fù)雜有機(jī)質(zhì)，如纖維素等。與厭氧發(fā)酵逡逑（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ邋Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ，ＡＤ）相比，ＭＥＣ也有一些顯著的優(yōu)勢，如不受熱力學(xué)和底物類型的限制逡逑而實(shí)現(xiàn)原料的高效轉(zhuǎn)化

偶氮染料廢水［８８１、紡織業(yè)廢水間、青霉素廢水網(wǎng)、糖漿廢水【９｜］、生物柴油廢水［９２］、啤酒廢逡逑水［９３１、工業(yè)和食品過程廢水［９４］和棕櫚油廢水等的處理。盡管如此，，對于實(shí)際復(fù)雜廢水的處逡逑理往往需要經(jīng)過一些預(yù)處理后再進(jìn)行ＭＥＣ處理，如圖１－３中所示，這樣會大大提高其廢水處理效逡逑率，特別是對于纖維素和木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)難降解的本性，會一定程度上限制ＭＥＣ的性能［９５］。逡逑因ＭＥＣ的性能受到各種各樣的因素制約，ＭＥＣ技術(shù)處理難降解廢水的能力以及產(chǎn)氫的效率仍未能逡逑達(dá)到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的要求。逡逑預(yù)處理邐ＭＦＣ、太陽能、風(fēng)能．．．．．．邐Ｈ２用途逡逑［｜發(fā)酵過程＾邐ｆｃ供電叱邐（｜邋氣體燃料＾邋＇；逡逑ｊ邐！邐Ｉ邋邐邋］逡逑中邋ｉ邋邐邋｜邐，；邋２邋７ａ邋｜邋氫燃料電池逡逑苧邋｜邋芬頓反應(yīng)邐ｉ邐力邋ｉ邋邐邋！逡逑Ｓ．！，邐．丨？ 

本文編號：2649820