丁酸型发酵产氢的运行稳定性

着重对发酵法生物制氢反应系统的丁酸型发酵的运行稳定性进行了研究分析。结果表明,在有机负荷大于21kgCOD/m3·d的条件下,丁酸型发酵具有不稳定性,在负荷冲击下容易转变为丙酸含量较高的发酵类型,从而导致系统产氢能力的下降。分析认为,NADH/NAD+的平衡调节能力是影响系统运行稳定性的一个关键因素。在高负荷条件下,由于丁酸型发酵的产丁酸过程不能氧化过剩的NADH+H+,导致产乙酸过程生成的剩余NADH+H+在系统内大量积累,使反应系统难以达到氧化还原的平衡状态,最终影响了系统的稳定运行。     

Fe对产氢发酵细菌发酵途径及产氢能力影响

经过对20株产氢发酵细菌的静态发酵试验，结果发现加入Fe的培养液中细菌发酵由原来的丁酸型发酵过程向乙醇型发酵过程转化；在有机物发酵产氢的两个主要途径中，Fe为必要成分之一，其参与促进酶促反应的进行。在相似培养条件下，单质Fe与Fe^2 均可诱导细菌代谢向乙醇型发酵转化，其中单质Fe的作用能力优于Fe^2 ；在细菌代谢过程中，单质Fe具有提高细菌发酵产氢能力的作用。     

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。     

生物制氢反应系统的启动负荷与乙醇型发酵

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),以糖蜜废水为底物,研究了COD容积负荷对生物制氢反应系统启动过程中形成的乙醇型发酵产氢能力的影响。研究表明,在污泥接种量不小于6.24 gVSS/L、启动负荷为7.0 kgCOD/m3.d、水力停留时间(HRT)为6 h、系统pH、氧化还原电位(ORP)分别在4.0~4.3、-440~-470mV之间等条件下,可在30 d内完成乙醇型发酵菌群的驯化,实现生物制氢反应系统的快速启动。由不同启动负荷(3.0、7.0、10.0 kgCOD/m3.d)条件下形成的乙醇型发酵菌群,在相同的运行条件下其产氢能力存在着差异。当系统容积负荷为30 kgCOD/m3.d时,由启动负荷为7.0 kgCOD/m3.d条件下驯化形成的乙醇型发酵菌群比由启动负荷为3.0 kgCOD/m3.d条件下驯化形成的乙醇型发酵菌群产氢能力高56%。     

C/N对细菌产氢发酵类型及产氢能力的影响

反应基质中的C/N比作为影响因子,参与细菌的产能代谢过程,主要作用于微生物的自身合成代谢过程和有机物在微生物体内的生物氧化过程。乙醇型发酵过程中由于物质和能量转化问高度平衡细胞合成代谢处于较低的水平,而丁酸型发酵过程中,由于NADH H参与细胞合成代谢。所以发酵基质内C／N比过低,过剩的N源物质进一步促进了微生物细胞的合成代谢。并且导致的发酵类型向丁酸型发酵转变的现象,是微生物种群维持“内平衡”的适应性结果。分析认为反应基质中的C/N比作为影响因子,是作用于系统发酵产氢过程稳定性的主要因素之一。在试验及生产过程中,为了得到最佳产氢发酵类型一乙醇型发醇,应严格控制反应系统底物环境内C／N≥200,将微生物细胞合成代谢过程控制在较低的水平,在提高系统产氢能力及其稳定性的同时,降低系统剩余污泥的产生量。     

产酸发酵细菌产氢机理探讨

生物制氢技术在世界范围内受到了普通重视，对于生物产氢的机理研究也在不断深入，为生物制氢技术的开发打下了坚实的基础。该文在前人研究成果的基础上，对产酸发酵细菌的多种产氢途径和机理进行了全面探讨。分析认为，在产酸相反应器中的产酸发酵细菌，其主要产氢途径是丙酮酸脱羧产氢和辅酶Ⅰ的氧化与还原平衡调节产氢。通过生化反应的热力学分析证明，即使是氢分压高达0．5个标准大气压时，只要生境中pH值小于4．78，NADH＋H^ 转化为氢的过程就可以顺利进行。     

丁酸型产氢-产酸发酵细菌pH生态位探讨

本试验结果认为,细菌在3 86,或4 5>PH>5 3生态位理论。分析原因在于,试验过程中的环境因素———C/N比的降低,氮源物质浓度的提高,相应提高了微生物的合成代谢水平,并且使得细菌发酵过程在pH值较低的环境中,向合成代谢水平较高的丁酸型发酵转变。细菌发生丁酸型发酵是在环境内多种环境因子协同作用下进行的。该试验结果拓宽了前期理论研究中得到的丁酸型发酵生态位范围,为今后相关的理论研究及实际生产提供了理论依据。     

利用乙酸光合细菌产氢的研究

通过间歇批次实验研究了不同乙酸浓度对光合细菌产氢速度、底物转化率、能量回收率等方面的影响,同时对氮源浓度进行了优化。研究结果表明:最佳的乙酸浓度为40mmol/L,在此条件下最大产氢速度、底物转化率和能量转化率分别为1.17mL/L、1.09mol-H_2/mol acetate和27.3%。当乙酸浓度为40mmol/L时,最佳的氮源浓度为8～9mmol/L。     

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。     

产氢菌的投加方式对强化发酵菌群产氢的影响

通过间歇培养研究了产氢菌Ethanoligenens sp B49的投加方式对生物制氢反应器的混合发酵菌群生物强化作用的影响.结果表明,产氢菌的投加方式对发酵菌群的产氢能力有显著影响.产氢菌发酵液的直接投加使发酵菌群的产氢能力下降,并引起培养液中发酵产物乙醇和乙酸浓度的显著增加.分析认为,产氢菌发酵液对发酵菌群的末端产物抑制和低pH值抑制作用是导致产氢作用受到抑制的主要原因.离心后单独投加产氢菌菌体可提高发酵菌群的产氢能力,起到强化产氢的作用.投加10.8%的产氢菌强化发酵菌群时,培养45h的累计产氢量为155.0 mL.比强化前发酵菌群培养的产氢量提高了21.5%.因此在利用产氢菌生物强化发酵菌群的研究中,应采用离心分离后单独投加产氢菌菌体的方式进行生物强化.     

厨余和污泥不同混合比例碱处理产氢特性研究

以厨余垃圾和污泥为反应底物,加热预处理的污泥为发酵接种物,考察了碱处理下厨余与污泥不同混合比例的发酵产氢特性。结果表明:不同pH碱液对厨余垃圾进行预处理后,其效果以pH=13时最佳,预处理3h后SCOD和还原糖含量分别为31316.8mg/L和5.54mg/mL;碱预处理后的污泥与厨余联合发酵能够改善物料的营养平衡,缩短反应延迟时间到1h内;当厨余与污泥混和比例为5:1时为本试验最佳的试验条件,其氢气含量、比产氢速率峰值和氢产率分别为52.69%,1.73mL H_2/(h·gVS)和50.27mL H_2/gVS。     

基于开路电压和环境温度的铅酸蓄电池充电状态的数学模型

建立了铅酸蓄电池充电状态的数学模型，并用该模型计算了稳态开路电压，其结果和实测值十分吻合。     

相变材料和隔热材料在不同地区建筑中应用效果之比较分析

利用典型气象年逐时数据,讨论了5个热工分区中典型城市的建筑采用外保温或相变材料后,全年室温和采暖空调能耗的变化情况,并分别采用"全年累计满足舒适度小时数"和"单位面积耗电量"作为两种材料在被动式和主动式建筑中应用效果的评价指标,结合"峰谷电价"、采暖或空调运行费用和材料的初投资,对其在不同地区的应用进行了可行性分析。研究发现:外保温随采暖能耗在整个建筑能耗中比例的增大而愈显重要;内墙为相变材料可使被动式建筑夏季具有较好的舒适度,使主动式建筑夏季空调能耗降低,但其成本较高,北京、上海和广州地区投资回收期至少为15a;在仅需考虑采暖需求的哈尔滨地区,相变蓄能式地板采暖系统节能效果较好,投资回收期可控制在5a,但采用外保温比相变材料更具经济性,投资回收期仅为1.5a。