基于火用效率的玉米秸秆厌氧发酵单产和联产氢烷性能分析

玉米秸秆厌氧发酵产氢、产甲烷,联产氢烷是秸秆能源化利用的3种重要的生化转化模式。为了筛选出玉米秸秆高效的生化转化模式,在玉米秸秆基质浓度分别为20,30,40,50,60 g/L的条件下进行了光发酵产氢、厌氧发酵产甲烷和光发酵产氢-厌氧发酵产甲烷两阶段联产氢烷的试验,从热力学火用效率和生态火用效率的角度对玉米秸秆单产或联产氢气和甲烷的性能进行了分析和评价。研究结果表明,光发酵产氢时,底物浓度为40 g/L的累积产氢量和累积收益火用最大,分别为323.67 mL和3.41 kJ,最大热力学火用效率为1.58%。厌氧发酵产甲烷时,底物浓度为60 g/L的累积产甲烷量和累积收益火用最大,分别为1 546.46 mL和57.38 kJ,最大热力学火用效率为31.01%。氢烷联产时,底物浓度为60 g/L的氢气和甲烷联产的累积产甲烷量和累积收益火用最大,分别为1 554..83 mL和60.83 kJ,最大热力学火用效率为22.20%。3种模式相比,玉米秸秆厌氧发酵单产甲烷转化具有最高的火用效率,且热力学火用效率和生态火用效率的评价结果是一致的。     

稻草发酵产氢潜力的研究

以稻草为发酵原料 ,控制发酵料液pH值在 5 0左右 ,采用批量发酵工艺 ,进行了厌氧发酵产氢的研究。实验结果表明 ,稻草的产氢潜力为 5 3.5mL/g·TS和 6 3.6 5mL/g·VS。     

丁酸型产氢细菌WN9利用谷糠发酵的产氢特征

该研究从牡丹江江滨公园的河道底泥样中筛选获得1株丁酸型发酵产氢细菌的新菌株Clostridium butyricum WN9,并分别以葡萄糖和小米内、外壳谷糠为底物进行发酵产氢实验。实验结果表明:以葡萄糖为底物时,最大比产氢率为1.89 mol/mol;以小米内、外壳谷糠为底物时,内壳谷糠更易被利用,最适宜的内、外壳谷糠浓度分别为50,30 g/L,最大比产氢率分别为20.1,12.7 mL/g;低初始pH值条件(pH6.0)有利于提高谷糠转化效率,当内、外壳谷糠浓度均为50 g/L,初始pH值为6.0时,最大比产氢率分别提高至21.5,15.5 mL/g。     

猪粪发酵产氢潜力的研究

采用批量发酵工艺，以解猪粪为原料，进行了厌氧发酵产氢的研究，发酵料液pH值控制在5．0左右，实验结果表明，鲜猪粪的产氢潜力为127ml/g(TS)和158ml/g(VS).     

葡萄籽提油前后发酵产沼气潜力研究

在恒温25℃条件下,采取批量发酵工艺,研究了葡萄籽提油前后产沼气潜力。结果表明:葡萄籽TS,VS发酵产沼气的潜力分别为473.65 mL/g和484.55 mL/g,能源转换效率为37.25%;葡萄籽油枯TS,VS发酵产沼气的潜力分别为450.03 mL/g和460.44 mL/g,能源转换效率为36.43%。     

牛粪、鸡粪发酵产氢潜力的研究

采用恒温厌氧发酵工艺,用乳酸调控发酵pH值,进行了牛粪和鸡粪发酵产氢的实验研究。实验结果表明,pH为4.7～5.5时,牛粪的产氢潜力为32.33ml/g(TS)和41.39ml/g(VS);鸡粪的产氢潜力为33.58ml/g(TS)和50.88ml/g(VS)。     

秸秆发酵产氢的碱性预处理方法研究

以麦秆、稻草和滤纸为发酵底料,以厌氧活性污泥为接种物,采用不同的预处理方法去除木质素并提高纤维素的降解率,从而提高其发酵产氢能力。试验表明对于相同的底料,经过NaOH预处理和纤维素酶解后的还原糖含量、总产气量、总产氢量和氢气浓度都要高于经过氨水预处理的底料,而未经过预处理的底料发酵产氢能力最差。利用10g经过NaOH预处理的麦秆和稻草,经纤维素酶解后在发酵产氢过程中的降解率分别为23.2%和12.5%,总产氢量分别为363.3mL和254.9mL,发酵产气中氢气浓度分别为23.8%和29.1%。发酵液相中主要产物为乙醇、乙酸和丁酸。     

辣椒厌氧发酵产H2和CH4的试验研究

以辣椒为原料,以实验室长期驯化的猪粪发酵残留物为底物的混合厌氧消化污泥作为接种物,在常温下进行批量发酵,发酵料液体积400 ml,RHT=86 d.TS质量分数为6.36%时,进行厌氧发酵产H2,产H2结束后使用NaOH溶液调节pH值为7.42,继续发酵产CH4.结果表明:辣椒产氢潜力(TS)为103.0L/kg,VS产氢潜力145.7 L/kg;TS产甲烷潜力为254.6 L/kg,VS产甲烷潜力为276.9 L/kg,其TS能量利用潜力达2 222.4 kJ/kg.     

维生素B4对秸秆类生物质光发酵产氢的影响

以玉米秸秆类生物质为产氢原料,研究维生素B4对HAU-M1光合细菌生长和产氢过程的影响规律。结果表明,当维生素B4浓度为75 mg/L时,光合细菌生长情况最好,细菌干重最大值为0.934 g/L;维生素B4浓度为100 mg/L时,氢气累积产量达178 mL,比对照组显著提高了43.8%,对光合细菌产氢的促进效果最好;添加维生素B4对HAU-M1光合细菌发酵产氢过程的pH值影响显著,可减弱发酵液酸化,有利于光合细菌发酵产氢。显见,维生素B4对HAU-M1光合细菌生长及秸秆类生物质光合产氢具有明显的促进作用,可为进一步研究开发秸秆类生物质光合细菌发酵产氢工艺技术提供科学参考。     

农村秸秆与粪便发酵产氢的研究

选取10种常见的农业有机废弃物:稻草、玉米秆、小麦秆、大麦秆、蚕豆秆、黄豆秆等秸秆以及猪粪、牛粪、鸡粪、马粪等粪便作为原料,采用批量发酵工艺,控制发酵料液的pH值在适宜范围内,进行厌氧发酵产氢的研究.试验结果表明,在厌氧条件下,采用批量发酵工艺,控制发酵温度为25℃左右,以农作物秸秆、畜禽粪便为原料,以沼气发酵后的厌氧活性污泥为天然产氢菌种的来源,以乳酸调控发酵料液pH值为4.5～5.5,可以获得洁净能源--氢气.     

牛粪、鸡粪发醇产氢潜力的研究

采用恒温厌氧发酵工艺，用乳酸调控发酵pH值，进行了牛粪和鸡粪发酵产氢的实验研究。实验结果表明，pH为4．7～5．5时，牛粪的产氢潜力为32.33ml／g(TS)和41.39ml／g(VS)；鸡粪的产氢潜力为33．58ml／g(TS)和50．88ml／g(VS)。     

固定化酵母流化床生物反应器木薯淀粉酒精发酵的研究

以木薯淀粉糖化醪为发酵原料，利用正交试验法，在摇瓶发酵试验中，考察了菌种、粒子填充率、初糖浓度对发酵的影响。进行了固定化酵母流化床生物反应器木薯淀粉酒精的间歇发酵试验，研究4项运行参数——发酵醪中的残糖含量、酒精含量、pH值以及反应器内的平均温度随发酵时间的变化情况，分析了木薯淀粉浓醪发酵的可行性和反应器对不同原料的适应性。     

聚球藻自相发酵产氢研究

研究了培养基的pH值、盐度和氮源等对聚球藻生长及自相发酵产氢的影响。发现聚球藻在弱碱性时(pH=7.5~8)不能正常生长,当pH值高于8.5时藻才能实现富集,当碱性进一步增强到pH值9.5时藻生长状态最佳。收获藻液置于黑暗厌氧条件下利用自身氢酶进行自相发酵产氢,单位干重的产氢量达到22.25mL/g。聚球藻无法适应高盐度环境,在盐度较低情况下(0.154 mmol/L)才能迅速生长,得到自发酵产氢最大值为25.68 mL/g。加入无机氮源能明显提高聚球藻的生长速率及生物质产量,但对随后产氢效果有抑制作用。     

厌氧高效产氢细菌的筛选及其耐酸性研究

采用厌氧Hungate技术 ,从生物制氢反应器厌氧活性污泥中分离到 18株发酵产氢细菌 ,并从中优选出 1株高效产氢细菌B4 9。通过间歇试验 ,B4 9获得最大比产氢速率QH2 为 2 5 .0mmol/g·h ,单位体积产氢量YH2 为 1813.8mL/L ,氢气含量为 6 4 .15 %。B4 9菌株为乙醇型发酵产氢细菌 ,具有良好的耐酸性 ,在 pH3.3仍能生长。发酵产氢和细菌生长的最适 pH值约为 3.9～ 4 .2。     

发酵条件对发酵产氢细菌B49产氢的影响

采用间歇发酵实验，研究了葡萄糖浓度、接种量、温度、氮源、不同有机底物对发酵产氢产酸细菌新菌种IM9(AF481148 in EMBL)生物产氢的影响。结果表明，接种量影响IM9的产氢；IM9生长和产氢适宜温度均为35℃；IM9不能利用无机氮源，而有机氮是IM9生长、产氢的适宜氮源；葡萄糖是IM9发酵产氢的最适宜底物，当浓度为10g／L时，IM9的葡萄糖利用率为100％，氢气得率为1．69molH2／mol glucose；此外，IM9可利用小麦、大豆、玉米、土豆及糖蜜废水和啤酒废水产氢，其中利用糖蜜废水、啤酒废水产氢分别为137．9ml H2／g COD和49．9ml H2／g COD。     

预处理温度对活性污泥发酵产氢特性的影响

为寻求适宜的种泥热处理方法,利用摇瓶发酵实验,考察了城市污水处理厂好氧活性污泥分别经65、80、95、110℃热处理30min后,其利用葡萄糖发酵产氢的特性。结果表明:在初始pH=7.0、葡萄糖浓度10g/L、接种量2gMLVSS/L条件下,35℃培养72h,经65℃和95℃处理的种泥表现出较好的发酵产氢性能,其葡萄糖的氢气转化率分别达到1.08和1.11mol/mol,污泥的比产氢率分别为8.36和9.05mmol/gMLVSS;经65℃预处理的种泥发酵体系,表现为丁酸型发酵,其葡萄糖降解率和最大产氢速率分别高达82%和11.29mL/h,而经95℃预处理的种泥发酵体系则呈现混合酸发酵特征,其葡萄糖转化率和最大产氢速率分别仅为76%和4.45mL/h。     

pH值调控对发酵产氢的影响

利用厌氧活性污泥作产氢接种物，发酵有机质产生氢气，一般是在酸性条件下进行的。以厌氧活性污泥作接种物，有机酸为基质，在厌氧、恒温25℃、不同的pH值下，启动发酵产氢，以及监测产氢过程中的pH值变化，得出pH值过高时，有大量的甲烷生成，pH值过低时，则对产氢细菌不利，难于产氢。启动发酵产氢时，pH值不宜底于4．3，较为适宜的产氢pH值范围4．5～5．5。     

乙醇型发酵与丁酸型发酵产氢机理及能力分析

氢气是一种新型清洁能源，方便快捷的制氢方法正日益受到重视，产氢－产酸发酵过程中氢气产生的主要途径为乙醇型发酵过程和丁酸型发酵过程，在对这两种发酵类型产氢机理及能力的理论研究及对比试验中，发现乙醇型发酵途径发酵产氢能力要优于丁酸型发酵过程（平均为25％－40％），并且该文将pH值和氧化还原电位（ORP）作为综合环境因子考察，通过与发酵过程产氢量指标相配合分析，认为乙醇型发酵过程是一种较佳的有机物生物发酵制氢途径。     

海洋光合菌群利用乙酸产氢的实验研究

通过富集获得产氢海洋光合菌群,该菌群可以有效利用发酵产氢的关键副产物乙酸作为产氢碳源.温度、光照强度、起始pH和乙酸浓度都对该菌群产氢和生长有明显影响.当在30℃、4000lx光照和起始pH=8.0的条件下培养时,此光合菌群产氢量和底物转化效率较高.乙酸浓度对产氢影响巨大,低浓度乙酸的底物转化效率较高,但总产氢量不高;高浓度乙酸的底物转化效率不高,但总产氢量较高.此实验结果为海洋光合细菌与海洋发酵细菌偶联产氢提供科学参考.     

产氢细菌对不同单双糖的发酵产氢利用与效能

采用间歇培养方法,分别以单糖(葡萄糖、果糖、半乳糖和甘露糖)、双糖(蔗糖)作为产氢微生物培养基中的底物,对产氢微生物培养过程中的产氢效能进行了研究,探索产氢细菌对不同单双糖的发酵产氢的利用与效能.研究结果表明:不同单糖之间的气体产量差别较小,但是底物浓度对氢气产量影响很大;葡萄糖浓度10g/L是产氢菌SUES-1生长、产氢的适宜底物浓度;双糖(蔗糖)的产氢量大于相同浓度单糖(葡萄糖)的产氢量.