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厌氧与光合微生物联合制氢工艺实验研究

任晓  
【摘要】:我国集约化、规模化、现代化养殖业的高速发展,使得畜禽粪便污染成为继工业污染、生活污水污染后的第三大污染源,并成为畜牧养殖业实现可持续发展的主要因素之一,所以采用新技术解决养殖场污水势在必行。因猪粪污水中含有多种营养物质,利用猪粪污水为底物来生产绿色、清洁和能量密度高的可再生能源氢气,不仅实现了废弃物的资源化利用,也解决了能源危机。 本论文以预处理后猪粪污水为底物,采用两步法联合制氢,考察了不同因素对厌氧与光合微生物联合制氢工艺的影响。本论文是在国家863计划项目“生物制氢关键技术研究及示范”(项目编号:2012AA051502)的资助下完成的。研究的结论总结如下:(1)第一步厌氧发酵阶段采用活性污泥为菌种,活性污泥含有大量厌氧和兼性厌氧细菌,为得到良好的产氢效果,对厌氧活性污泥进行了以下的预处理。在100℃水浴中热处理厌氧活性污泥10,20,30min,在37℃的恒温水浴中分别进行了24小时的pH为3、4、5的酸处理和pH为9、10、11的碱处理。得到热处理活性污泥20min能达到较好的产氢效果,累计产氢量达到343ml/g,是酸处理的1.09倍,是碱处理的1.23倍,且产氢过程中没有检测到甲烷气体的存在。且活性污泥的合适接种量为15%,黑暗发酵液的初始pH值为6.5。黑暗发酵41小时结束,此时的挥发性脂肪酸总量几乎达到了最大值,为9624.932mg/L,而累计产氢量为175mL/g,但此时的产氢速率却近乎为0,测得溶液的终pH为3.62。(2)第二步光合发酵阶段采用光合微生物为菌种,利用黑暗发酵产氢结束后的发酵液继续产氢。通过调节黑暗发酵结束后发酵液的pH值,加入光照,在30℃的恒温箱中进行光发酵产氢,在104小时后光合发酵结束,此阶段累计产氢量为346ml/g,是暗发酵阶段累计产氢量的1.98倍。挥发性脂肪酸降至392.172mg/L,消除了挥发性脂肪酸对环境的污染。两阶段的累计产氢量共达到521mL/g。


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