张高生[1]2004年在《啤酒糟和玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的研究》文中研究说明本研究以牛粪堆肥为天然厌氧产氢微生物来源，经简单处理后，将含处理过的啤酒糟或玉米秸秆的模拟废水转化为清洁能源—氢气，实现了生物能的回收和减少有机固体废弃物的双重目的。系统考察了预处理条件、底物浓度、初始pH值等对底物产氢潜势的影响。 研究结果表明，预处理是影响底物产氢潜势的关键因素之一。经过预处理后，啤酒糟和玉米秸秆的产氢潜势均有了很大提高，分别从未处理前的5.4、2.68ml／gTS增至处理后的54.4、126.8ml／gTS。预处理的最佳条件是0.2％HC1溶液中煮沸30min。以经预处理的啤酒糟为底物时，产氢的适宜环境条件为：反应温度为36±1℃，底物的初始pH值范围为6.0～7.0(对应于反应体系pH=4.5～5.5)，最佳底物浓度范围为15～25g／L。在底物浓度为20g／L，初始pH值为6.0时，啤酒糟的产氢潜势最大(54.4ml／gTS)。气相中氢气浓度最高可达45％。以经处理的玉米秸秆为底物时，产氢的适宜环境条件为：反应温度为36±1℃，底物的初始pH值范围为6.0～7.0(对应于反应体系pH=4.5～5.5)，最佳底物浓度范围为15～20g／L。在底物浓度为15g／L，初始pH值为7.0时，玉米秸秆的产氢潜势最大(126.8ml／gTS)。气相中氢气浓度最高可达55％。产氢过程中均未发现有甲烷生成。 对代谢途径的分析实验表明，梭状芽孢杆菌属群(clostridium)在厌氧发酵生物制氢过程中扮演着重要角色，该菌种可从农业堆肥和污泥中获得。可用热处理和曝气两种方法从天然菌源富集产氢微生物。与传统的热处理相比，曝气法操作简单，处理量大，对环境条件要求低，耗能少，效果好。
唐大惠[2]2005年在《玉米秸秆发酵产氢实验研究》文中进行了进一步梳理氢气是一种清洁的可再生能源,在燃烧过程中除生成水外,不产生导致环境恶化的碳基化合物。近年来,随着人们对能源的需求剧增,石油价格持续攀升,能源短缺和环境污染问题已对我国经济的可持续发展带来严峻的挑战。因此,寻找替代能源、开展可再生能源的研究,对于维护国家的能源战略安全、减少环境污染具有十分重要的意义。生物质厌氧发酵生物制氢技术利用微生物分解有机废弃物制备氢气,起到了除废和环保的双重目的,因而具有良好的应用前景。 本文在批式实验研究成果的基础上,以农业废弃物玉米秸秆为产氢原料,以牛粪堆肥为产氢菌源,在5立升规模的混合式制氢反应器中通过厌氧发酵产生氢气,取得了有意义的研究结果。 1.以牛粪堆肥作为天然厌氧微生物来源,用蔗糖作为菌种培养驯化的底物,研究了产氢菌种的富集方法、培养方式和驯化条件。结果表明:先煮沸菌源溶液15min,接着曝气2h,经这种方法处理过的菌源富集产氢菌种效果好,接种到反应器中反应产氢能力达到141.86ml/g,接种后仅10h开始产气;提出采用半连续培养方式对菌种进行培养,当培养时间12h时,用更换新鲜培养液或者添加NaOH的方法控制pH值,能提高菌种活性,同时产氢能力增加;当对菌种驯化培养时,控制容积负荷在50±2g/(1·d)较为适宜,此时产氢能力高达175.14ml/g,反应器产氢速率150.93ml/(1·h),平均氢浓度为54.88%,COD的平均去除率30%。 2.在5升规模的制氢反应器中,研究了玉米秸秆厌氧发酵产氢工艺,对有关工艺参数进行了探索。实验结果表明该工艺在5升规模反应器中的适宜运行参数为:温度:36±1℃,反应pH值:5.2～5.4,搅拌转速:100～120r/min,初始秸秆浓度:10g/1,进料时间间隔:8～9h。在适宜的运行条件下,玉米秸秆生物制氢在该反应器的最高持续产H_2能力为103.45ml/(1·h),最高比产氢率为108ml/g秸秆,生物气中平均氢浓度45%。分析了反应的代谢产物,主要发酵(酸化)产物为挥发性脂肪酸(乙酸和丁酸)、氢气、二氧化碳和代谢的末端产物。气相中没有检测到甲烷。液相代谢产物中丁酸含量始终比较高,可以判定玉米秸秆生物制氢在该5升反应器内的发酵类型属于丁酸型发酵产氢。
王玉[3]2009年在《玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的实验研究》文中研究表明厌氧发酵生物制氢工艺是利用生物技术分解有机废弃物制备氢气,设备简单、操作容易,既实现了废弃物资源化,而且成本低廉,被认为是前景最好的制氢方法。本文以天然河底污泥为厌氧产氢微生物来源,以玉米秸秆为发酵底物制备氢气,考察了底物的预处理和酶解对底物产氢能力的影响,并设计正交实验探讨了发酵产氢的最优条件。针对玉米秸秆结构致密、难于直接被酶水解的特点,首先分别采用盐酸、氢氧化钠等对玉米秸秆进行了预处理。结果表明,采用0.6%盐酸在90℃下浸泡玉米秸秆2h,底物的发酵产氢潜势最高,预处理的效果最好,累积产氢量58.69ml·g~(-1)-CS。几乎比未处理的玉米秸秆产氢量提高120%。在酸处理基础上采用纤维素酶水解,考察了酶解温度、酶解时间和酶解pH值对玉米秸秆产氢能力的影响。研究结果表明,酸处理后酶解进一步提高了玉米秸秆的产氢潜势。在0.6%盐酸预处理、酶解温度50℃、酶解时间72h和酶解pH4.8的条件下,最大累积产氢量104.30ml·g~(-1)-CS,比只经过盐酸处理的玉米秸秆产氢量提高77.7%,是未处理的玉米秸秆产氢量的3倍。本课题组在发酵产氢生态因子的影响方面作了一系列单因素探索实验,影响玉米秸秆生物制氢的因素有很多,结合本实验室具体条件,本文选择酶解温度、酶解时间、底物浓度和发酵初始pH值为考察对象,以累积产氢量评价产氢效果,设计了4因素3水平(L_9(3~4))的正交实验。实验结论如下:(1)发酵反应过程最主要的限制因子是底物浓度;(2)经过正交实验优化后,玉米秸秆的产氢能力得到很大的提高,累积产氢量和平均产氢速率分别达到了141.29ml·g~(-1)-CS和12.31ml·g~(-1)-CS·h~(-1)。优化后的产氢实验过程如下:在90℃时,以固液比(g:mL)为1:10的0.6%盐酸浸泡底物2h,再加入与底物质量比为0.01:1的纤维素酶,在溶液pH值4.8、温度50℃下酶解72h;将上述的酶解物在36℃下以底物浓度为10g·L~(-1),初始pH值为7.0的条件下发酵。
徐琰, 张茂林, 杏艳, 李倬, 任保增[4]2005年在《纤维素类生物质厌氧发酵产氢的研究》文中认为以不同的天然堆肥作为产氢菌源,考察了不同纤维素类生物质废弃物的产氢能力.并以麦麸为供氢体,研究了产氢过程的代谢机制和生物液相组成的变化.实验结果证实,在最大产氢能力的批式实验条件下,不同底物的发酵产氢过程基本类似,生物相中氢和二氧化碳的体积分数分别为49%~62%和51%~38%,没有甲烷气体被检出.在此基础上,在5L混合反应器中以玉米秸秆为底物进行了产氢放大实验,产氢速率达0.8~1.2L/h.
李扬[5]2006年在《玉米秸秆厌氧发酵制氢实验研究》文中进行了进一步梳理氢气是一种清洁的可再生能源，在燃烧过程中除生成水外，不产生导致环境恶化的碳基化合物。近年来，随着人们对能源的需求剧增，石油价格持续攀升，能源短缺和环境污染问题已对我国经济的可持续发展带来严峻的挑战。因此，寻找替代能源、开展可再生能源的研究，对于维护国家的能源战略安全、减少环境污染具有十分重要的意义。生物质厌氧发酵生物制氢技术利用微生物分解有机废弃物制备氢气，起到了除废和环保的双重目的，因而具有良好的应用前景。 本文在批式实验研究成果的基础上，以农业废弃物玉米秸秆为产氢原料，以牛粪堆肥为产氢菌源，在5升规模的混合式制氢反应器中通过厌氧发酵产生氢气，取得了有意义的研究结果。 1．以牛粪堆肥作为天然厌氧微生物来源，用玉米秸秆作为菌种培养驯化的底物，研究了产氢菌种的富集方法、培养方式和驯化条件。结果表明：在煮沸菌源溶液15 min，后直接曝气40min，经这种方法处理过的菌源富集产氢菌种效果好。 2．在5升规模的制氢反应器中，研究了玉米秸秆厌氧发酵产氢工艺，对有关工艺参数进行了探索。实验结果表明该工艺在5升规模反应器中的适宜运行参数为：温度：36±1℃，反应pH值：5.2～5.4，搅拌转速：100～120r／min，初始秸秆浓度：25g／l。在适宜的运行条件下，玉米秸秆生物制氢在该反应器的最高持续产H_2能力为425.71ml／(1·h)，最高比产氢率为335 ml／g秸秆，生物气中平均氢浓度53％。分析了反应的代谢产物，主要发酵(酸化)产物为挥发性脂肪酸(乙酸和丁酸)、氢气、二氧化碳和代谢的末端产物。气相中没有检测到甲烷。液相代谢产物中乙醇含量比较高，可以判定玉米秸秆生物制氢在该5升反应器内的发酵类型属于乙醇型发酵产氢。
刘瑞光[6]2009年在《醋糟厌氧发酵生物制氢试验研究》文中指出氢气是一种清洁的可再生能源,与其他传统的能源燃料相比,它具有能量密度高、热转化率高、输送成本低、燃烧时只生成水、无二次污染等诸多优点。近年来,随着全球能源危机和环境污染的加剧,寻找替代能源、开展可再生能源的研究,对于维护国家能源战略安全、减少环境污染具有十分重要的意义。生物质厌氧发酵制氢技术作为一种利用微生物分解有机废弃物制备氢气的环境友好型制氢方法,实现了产能、除废的双重目的,具有良好的应用前景。本研究以牛粪为天然厌氧产氢微生物来源,以醋糟为发酵底物,经预处理后,在批式发酵瓶和5升规模制氢反应器中进行发酵制氢研究,同时对醋糟制氢液相末端产物发酵制甲烷试验进行了初步探讨,取得了有意义的研究结果。试验考察了预处理方法对牛粪、醋糟产氢效果的影响。结果表明:按固液比3:5加入0.7mol/L的NaOH,100℃水浴加热1h处理过的牛粪,其富集产氢菌种的效果最好;以0.7%的HCl,按固液比2:5浸泡24h为醋糟的最佳预处理方法,预处理后醋糟的累积产氢量较未处理时提高了4.3倍。在批式和5升规模反应器中,对醋糟厌氧发酵产氢工艺的有关参数进行了探索。研究表明该工艺在批式反应器中的适宜运行参数为:发酵温度35℃、底物浓度175g/L、初始pH6.0,且在微量金属元素营养液添加量为2%时,产氢效果最好,累积产氢量达到46.91ml/gTS;5升规模的反应器中,各项参数控制在适宜范围内(底物浓度127.5g/L,接种量156.5g/L,发酵温度37℃,搅拌转速120r/min,初始pH6.0,微量金属元素营养液添加量2%)时,该反应器的最高产氢能力为23.27ml/gTS,气相中平均氢气浓度在50%以上。分析了5升规模反应器中微生物的代谢特性。结果表明反应器中微生物发酵的主要末端产物为挥发性脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)、醇、氢气和二氧化碳。气相中没有检测到甲烷。液相代谢产物中丁酸含量比较高,可以判定醋糟厌氧发酵制氢在该5升反应器内的发酵类型属于丁酸型发酵产氢。以驯化后的厌氧活性污泥为接种物,对制氢液相末端产物进行发酵制甲烷研究。结果显示,甲烷的最高含量和产量分别达到42.9%和33.1ml/gTS,通过制甲烷发酵,厌氧活性污泥可以有效地去除发酵液中的挥发性脂肪酸。
参考文献：
[1]. 啤酒糟和玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的研究[D]. 张高生. 郑州大学. 2004
[2]. 玉米秸秆发酵产氢实验研究[D]. 唐大惠. 郑州大学. 2005
[3]. 玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的实验研究[D]. 王玉. 西北大学. 2009
[4]. 纤维素类生物质厌氧发酵产氢的研究[J]. 徐琰, 张茂林, 杏艳, 李倬, 任保增. 化学研究. 2005
[5]. 玉米秸秆厌氧发酵制氢实验研究[D]. 李扬. 郑州大学. 2006
[6]. 醋糟厌氧发酵生物制氢试验研究[D]. 刘瑞光. 江苏大学. 2009
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