高浓度有机废水发酵法制取氢气技术

利用两相厌氧高浓度有机废水处理的产酸相制取氢气技术引起世界的普遍关注。介绍了厌氧发酵生物制氢系统的产氢机理、工艺流程与设计、工程控制参数等许多技术问题。认为发酵产氢微生物有丁酸型发酵、乙醇型发酵和甲酸裂解等3种产氢代谢途径。工艺设计以活性污泥的混合培养为主要形式,也发展了细菌的纯培养或辅之细胞固定化工艺。目前已经分离出肠杆菌属(Enterobacter)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)、柠檬酸菌属(Citrobacter)和新型乙醇型发酵产氢细菌等菌属的发酵产氢细菌,这些菌种除了可以纯培养制氢外,还可以进行投入反应系统进行生物强化和细胞固定化技术应用。乙醇型发酵生物制氢理论(双碳发酵产氢学说或理论)指导下发酵法混合培养生物制氢工艺已分别进行了小试和中试,并将进入生产示范工程阶段。     

发酵产氢细菌的紫外线诱变筛选高产菌株

引言厌氧发酵生物制氢主要依靠细菌的发酵产氢,而如何高效地利用细菌发酵产氢是一个非常重要的问题,高效厌氧产氢细菌的诱变选育研究就是为了找到高效产氢细菌并投入生产。环境微生物的育种仍是以使用物理诱变、化学诱变或两者复合诱变的诱变育种作为最主要的方法。通过诱变育种能达到以下几个目的:(1)提高氢气的产率;(2)改善菌种特性,提高产品质量;(3)简化工艺条件;(4)开发新品种,通过选择几种具有代表性     

纯培养生物制氢的分批培养工艺的建立与调控

氢气是一种理想的能源,具有转化率高、可再生和无污染等优点。试验利用厌氧发酵技术分离培养产氢细菌,并对产氢细菌进行理化分析。在乙醇型发酵的产氢原理上,以蔗糖作为产氢微生物的培养基,通过间歇培养的方式研究产氢微生物的产氢特性,采取分批培养的方式来研究纯培养生物制氢工艺。纯培养生物制氢工艺的主要工程控制对策为:按反应溶液体积的2%接种新鲜产氢细菌种子培养液,底物浓度采用20%,反应启动时间63 h,温度35℃。     

生物质化工制氢气技术进展

概述了以生物质原料制取氢气的机理和基本方法,讨论了不同生物质原料制氢技术研究进展,主要包括藻类微生物、可厌氧发酵微生物、海洋生物为主的藻类微生物制氢技术;秸秆类生物质发酵制氢技术;植物壳类生物质制氢技术;农牧废弃物制氢技术以及糖类制氢技术.     

底物与pH值对菌株Clostridium R33 sp.nov.产氢能力的影响

引言生物制氢技术利用高浓度有机废水或其他生物质能制取氢气,反应条件温和,具有开发新能源、节省能量消耗及净化环境的重要意义,其工艺实质是产氢产酸发酵细菌对有机物质的发酵过程,将有机物质分解为有机酸的同时释放出发酵气体H_2和CO_2。由此可见,研究影响产氢细菌的关键因素,对于提高细菌的产氢能力具有十分重要的意义。Jung等研究了底物浓度对Citrobacter sp.Y19产氢能力的影响,Fang等研究了pH值对     

发展氢能的几条途径

氢是一种高效、洁净的能源,其制取途径包括有机废弃物制氢、利用微型藻类持续大量产氢、源于植物原料制氢和新型光催化制氢。以有机废水为原料厌氧活性污泥发酵制氢的产氢能力达到每天5.7m~3/m~3;生活垃圾厌氧发酵制氢的产氢效率为49ml/kg,有望实现规模生产。目前海藻培养液的产氢效率为3ml/L,产量较低。用植物源葡萄糖为原料,在贵金属催化剂存在下可制氢,但距实用化的目标还有较远距离。以铟钽化合物为光催化剂,利用可见光可将水分解为氢和氧。     

有机垃圾厌氧发酵产氢技术研究进展

利用有机垃圾产氢的研究逐渐兴起,人们利用有机垃圾产氢既可以最大程度地使有机垃圾资源化,减少环境的污染,又可以通过无污染氢气的获得改善能源市场,缓解能源的压力。分析了国内外厌氧发酵产氢的技术现状;以厌氧发酵产氢的原理和机理入手,讨论微生物、发酵过程、过程参数等对产氢效率和速率的影响;最后还对厌氧发酵产氢的可行性进行研究。     

有机垃圾厌氧发酵产氢技术研究进展

利用有机垃圾产氢的研究逐渐兴起,人们利用有机垃圾产氢既可以最大程度地使有机垃圾资源化,减少环境的污染,又可以通过无污染氢气的获得改善能源市场,缓解能源的压力．本文分析了国内外厌氧发酵产氢的技术现状：以厌氧发酵产氢的原理和机理入手,讨论微生物、发酵过程、过程参数等对产氢效率和速率的影响：最后还对厌氧发酵产氢的可行性进行研究．     

有机垃圾厌氧发酵产氢技术研究进展

利用有机垃圾产氢的研究逐渐兴起,人们利用有机垃圾产氢既可以最大程度地使有机垃圾资源化,减少环境的污染,又可以通过无污染氢气的获得改善能源市场,缓解能源的压力。本文分析了国内外厌氧发酵产氢的技术现状;以厌氧发酵产氢的原理和机理入手,讨论微生物、发酵过程、过程参数等对产氢效率和速率的影响：最后还对厌氧发酵产氢的可行性进行研究。     

有机垃圾厌氧发酵产氢技木研究进展

利用有机垃圾产氢的研究逐渐兴起,人们利用有机垃圾产氢既可以最大程度地使有机垃圾资源化,减少环境的污染.又可以通过无污染氢气的获得改善能源市场,缓解能源的压力.本文分析了国内外厌氧发酵产氢的技术现状;以厌氧发酵产氢的原理和机理入手,讨论微生物、发酵过程、过程参数等对产氢效率和速率的影响:最后还对厌氧发酵产氢的可行性进行研究.     

微生物共利用木糖和葡萄糖生产化学品研究进展

木质纤维素生物质是储量丰富的可再生资源，在能源、化工及医药领域具有广阔的应用前景。木质纤维素各组分因氢键和共价键的存在而结合紧密，需经酸、碱、高温、有机溶剂等预处理后才能高效酶解利用，其水解产物的主要成分为己糖（60%～70%，葡萄糖为主）和戊糖（30%～40%，木糖为主）的混合物。本文主要针对水解液中木糖和葡萄糖的共利用效率相关问题，以基因工程改造微生物利用木糖和葡萄糖共发酵生产醇类、生物油脂、γ-聚谷氨酸及有机酸等生物基化学品为主线，从代谢途径重构、基因水平调控及发酵技术优化等方面综述了近年来的研究进展。最后，从菌株筛选、基因与代谢工程调控、细胞固定化、产物处理及发酵工艺等层面总结了该领域目前的研究特点、技术瓶颈和未来的研究方向与思路。     

中国发酵法生物制氢技术研究进展

氧气是可以再生的、对环境没有污染的未来替代能源。从20世纪90年代开始了发酵法生物制氢工艺的研究。经过近13年,中国科学家已经建立了工艺流程、控制条件、细菌学、生态学的研究,完成了实验室小试、中试,即将进行示范工厂的开工。目前,正在开展工厂现场调试、菌种改良和分子生物学等多学科的研究。我国发酵法生物制氢技术继续领先于世界。目前,欧洲、美国和日本都已经把注意力转向发酵法生物制氢技术上来,围绕着技术研究的竞争将日趋激烈。     

产氢菌的分离鉴定及发酵性能

为了获得高性能的产氢菌,从碱处理后活性污泥中分离纯化得到两株产氢菌(H-1和H-2),生物学鉴定表明两株菌均为Enterobacter种属,H-1菌为Enterobacter cancerogeous HG6 2A种属,而H-2与Enterobacter homaechei83的关系最亲近.发酵实验结果表明,将H-1和H-2菌液进行1:1混合时发酵性能最佳,对应的发酵时间和产氢量分别为33h和861mL/L,混合发酵克服了H-1菌单独发酵氢产量低和H-2菌发酵时间长的缺陷.发酵液中主要挥发性脂肪酸(VFA)为乙酸和丁酸,表明两株菌的发酵类型均为丁酸型发酵.由于两株菌的协同作用,混合发酵初期VFA的累积速率降低,提高了发酵体系的稳定性.     

农村有机生活垃圾与不同原料厌氧共发酵工艺优化

有效处理农村有机生活垃圾（rural organic household waste, ROW）对美化农村环境具有重要意义,在对其进行高浓度厌氧发酵时容易出现酸化和氨氮抑制现象,导致系统稳定性差。目前尚缺乏ROW不同共发酵底物和进料总固体（total solids,TS）浓度对厌氧发酵的影响研究。为提高厌氧发酵性能,减少环境保护压力,本文对ROW不同共发酵底物配比和不同进料浓度下厌氧共发酵特性进行研究,从而优化农村有机生活垃圾厌氧发酵工艺。文中对取自江苏徐州沛县的农村有机生活垃圾和江苏省农业科学院六合动物实验基地的猪粪（PM）、水稻秸秆（RC）进行厌氧共发酵。当发酵底物为ROW和PM时,甲烷产量随着进料总固体含量TS的升高而增加,最高为257.38mL/g VS;当发酵底物为ROW和RC,或者发酵底物为ROW、PM和RC时,进料TS质量分数从8%增加到12%时,甲烷产量随之增加,最高分别为339.59mL/g VS、322.16mL/g VS,当进料TS质量分数继续升高到15% 时,二者产量均出现降低且均低于其他实验组,分别为231.17mL/g VS、194.67mL/g VS。在本文所设置实验条件下,最优共发酵进料为：发酵底物为ROW和RC,生活垃圾与挥发性固体（VS）质量比为1∶1,进料TS质量分数为12%,甲烷产量为339.59mL/g VS。     

污泥厌氧发酵产酸机理及应用研究进展

为了实现污水中污泥减量化和资源化,对其进行厌氧消化是目前国际上应用最广泛的处理方法。酸化阶段的重要产物——挥发性脂肪酸（VFAs）不仅可以作为污水脱氮除磷的碳源,还是合成生物质塑料聚羟基脂肪酸酯（PHAs）的理想底物。简单介绍了污泥厌氧发酵产酸的代谢机理和微生物机理,对近年来污泥厌氧发酵产酸的研究成果进行了梳理,重点论述了底物种类、预处理技术、pH值、发酵温度等因素对污泥厌氧发酵产酸的影响及研究进展,总结并对比了不同底物类型、发酵温度、酸性和碱性条件下都可影响发酵产酸的产量及酸种类分布,而污泥预处理技术则倾向于提高酸的产量,对酸种类分布影响不大。介绍了污泥厌氧发酵产酸在合成PHAs、生物能源和污水的脱氮除磷等方面的应用情况。最后,针对污泥厌氧发酵产酸会因底物有机成分不同,导致酸化效率有所差异,同时控制底物种类、pH值和温度等因素不仅影响产酸量,还会影响产酸类型和产物种类。提出了今后的研究方向主要是深入分析不同底物的酸化效率差异原因、污泥定向发酵产酸,实现总VFAs中各种酸比例调控。     

厌氧水解的新解读：快速水解和慢速水解

挥发性脂肪酸（VFA）具有可生化性好、附加价值高等优点而得到广泛应用,厌氧消化产VFA是目前学术界的研究热点,但对有机物经过水解后的生物降解性能则少有论及,厌氧发酵过程中的水解产物存在“数量”和“质量”之间的权衡问题。为了进一步提高厌氧发酵过程中微生物对有机物的利用效率,突破水解对厌氧消化的限制性作用,从基质碳源释放快慢及厌氧发酵过程中碳源降解性能不同,本文将厌氧水解分为快速水解和慢速水解,分别阐述了两种水解方式的含义、分类以及优缺点,指出细胞内外碳源的释放速率和释放方式的不同是影响厌氧产酸和生物降解性能的决定性因素。最后指出快速水解与慢速水解相结合的分阶段联合处理方式,是今后厌氧消化产VFA的主要研究方向。     

有机废水处理生物制氢技术研究进展

在有机废水厌氧处理技术基础上,生物制氢技术不断进步,并应用于污水处理工程中。文章介绍了近年来生物制氢技术的新发展,重点阐述该领域的主要研究方向及其存在的问题,分析了生物制氢技术在有机废水资源化处理领域的应用前景。     

“双碳”下金属纳米颗粒优化暗发酵制氢策略及前景

氢能是“双碳”下推动化石能源低碳转型的重要方向,微生物暗发酵制氢是实现生物质绿氢转化的有效途径。其中,利用具有量子尺寸效应、比表面积大和电导率高的金属纳米颗粒（MNPs）优化暗发酵制氢技术是近年研究热点。综述和评论了国内外添加MNPs用于优化暗发酵制氢性能的作用机制、技术难点和制氢效果等,重点阐述并比较了铁、镍和锌基三类热门MNPs优化策略在提高产氢酶系活性、增强代谢产氢途径和优化微生物群落结构等方面的作用,展望了暗发酵制氢可深入MNPs优化氢化酶活性、拓宽生物质发酵底物以及产氢菌筛选和反应器设计、生物质发酵技术开发等研究方向和应用前景。