盐度和底物浓度对海水养殖场有机废弃物厌氧发酵产氢的影响研究

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海水养殖场有机废弃物主要有未被吸收利用的饵料和鱼类的排泄物。这些有机物中含有大量的N,P等元素以及纤维素,多糖,蛋白质等高分子化合物,是一种宝贵的,可利用的原材料资源。如能有效地利用这些有机质,就可以在处理废弃物、满足环境保护要求的同时,充分回收利用有机废弃物中存在的生物质能,实现资源的循环利用。21世纪以来,人类面临的最严重的危机之一就是能源短缺,寻找和开发可再生的,绿色的,环保的能源作为石油的替代品刻不容缓。在所有可替代的能源中,氢气是一种高热值,无污染的清洁能源。当前,研究最多的制氢方法就是厌氧发酵法制取氢气,在降解有机污染物保护环境的同时获取能源。海水养殖场有机废弃物发酵产氢技术具有广阔的发展空间和应用前景,但是当前该技术还处于实验室研究阶段,其中的各种影响因素以及作用机理还不是非常明确。特别是海水养殖场有机废弃物中还有大量的无机盐,形成一定的盐度,对于厌氧发酵产氢的影响有待进一步研究。本论文主要考察了海水养殖场有机废弃物产氢的三个方面。首先,海水养殖有机废弃物不容易直接被产氢菌利用,需要对其进行水解,使大分子物质分解成小分子物质,如葡萄糖、氨基酸等。其次,研究了不同基质浓度情况下的产氢效果。最后,研究了盐度对海水养殖场有机废弃物产氢的影响。研究了预处理方法对不同浓度海水养殖场有机废弃物的水解效果。对有机物水解效果最好的方法是复合酶法,对溶解性化学需氧量(SCOD)、碳水化合物、可溶性蛋白质释放增幅分别为1.3、0.9、1.3倍。最佳处理时间是6~8h。酸、碱水解法对于碳水化合物的释放效果不好,对于SCOD水解释放效果比两种酶法都要好,对可溶性蛋白质的溶出效果好。最佳处理时间是8~12h。嗜热酶处理技术(Solubilization by Thermophilic Enzyme, S-TE)可在短时间内水解释放碳水化合物,对于SCOD和蛋白质的最佳水解时间则在10h后。S-TE和复合酶法对低浓度养殖废弃物的水解效果不理想,对高浓度废弃物的水解效果比较好,但也需要更多的处理时间。以海水养殖场有机废弃物做底物,接种经过热预处理的污泥,研究了不同浓度底物的产氢特性。结果表明,底物浓度为20g/L时,产气中氢气比例最高,达到82.1%;底物浓度为5g/L时,累积产氢率最高,达到45.4mL/mg VSS。发酵过程中,可溶性蛋白质的释放量远大于利用量。SCOD变化呈现波动性,发酵结束时浓度依然比较高,可用于后续产甲烷,最大化利用废弃物。发酵过程pH逐渐降低,产氢最快阶段pH在6.2~6.6之间。发酵末端产物主要是乙酸和乙醇,呈现乙醇型发酵的特征。研究了不同盐度海水养殖场有机废弃物发酵产氢效果。结果表明,随着盐度的增加,发酵气体的总量基本没有影响,而发酵气体中氢气的比例会减少。一定的盐度对产氢微生物分泌水解酶水解释放碳水化合物有促进作用,盐度大于3.0%则没有促进作用。盐度的增加会抑制丙酸和丁酸的产生,发酵类型随着盐度的增加由混合酸发酵转为乙酸型发酵。
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