固体有机废弃物发酵产氢特性研究

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随着环保要求的日益严格和化石能源的日益短缺,氢能作为清洁高效的可再生能源受到人们的普遍重视。本文针对固体有机废弃物进行了厌氧发酵产氢实验研究,利用TRACE GC色谱仪分析发酵过程中产生的气相及液相成分及含量,以研究微生物发酵产氢的特性。 本文首先选用西湖底的厌氧活性污泥、产气肠杆菌、污水处理厂的淤泥、沼气池发酵液以及猪粪等不同菌群对废弃食物——马铃薯进行厌氧发酵产氢特性实验研究,得到马铃薯在各不同菌群及工况下的发酵产氢能力,同时发现产氢菌间的协同作用很重要,在控制好发酵条件的情况下,产氢菌群发酵通常会好于单一产氢菌的发酵。 其次从不同废弃食物发酵产氢特性研究的角度,采用厌氧活性污泥为接种物,以马铃薯、青菜和米饭3种富含不溶解碳水化合物的废弃食物作为培养基料,对其发酵产氢特性进行了试验研究。发现马铃薯、青菜和米饭的发酵降解率分别为45.7%、89.2%和30.5%,每克已降解干物质的产氢量分别为:82.4ml·g-1、62.6ml·g-1和37.7ml·g-1。气相样品中均没有CH4产生,说明将厌氧活性污泥预先煮沸30分钟能有效抑制产甲烷菌同时保持产氢菌的活性。反应过程中控制发酵液pH值为4.5左右,发酵液相产物中乙醇一直占主导地位,其浓度远大于其它挥发性脂肪酸的浓度,但是在发酵后期,随着丙酸含量有所增加产氢量逐渐减少。 最后采用厌氧活性污泥为接种物,以水葫芦为发酵底物进行产氢实验研究。试验结果分析表明:H2含量在10%~20%之间,气相样品中均没有CH4产生。在本实验的发酵条件和所取淤泥发酵产氢时,pH值为5.5时的发酵产氢要优于pH为4.5时的发酵产氢能力;55℃的发酵温度要优于35℃的发酵温度;1:1的底物接种物比例发酵要优于3:7的底物接种物比例发酵。在发酵底物经水解酶预处理、底物与接种物比例为1:1、发酵温度为55℃、初始pH值为5.5的条件下获得最大产氢量,实验得到每克已降解干物质的最大产氢量为122.3ml·g-1。液相色谱分析表明:各底物的发酵液产物中富含乙醇、乙酸、丙酸和丁酸等挥发性有机酸,且含量以乙酸居多,没有发现戊酸的生成。
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