低pH值下UASB反应器以糖蜜为底物制取高纯度氢气的研究

发布时间：2017-08-17 18:51

  本文关键词：低pH值下UASB反应器以糖蜜为底物制取高纯度氢气的研究

  更多相关文章： 上流式厌氧污泥床反应器(UASB) pH 乙醇型发酵 生物制氢 糖蜜

【摘要】：现如今,能源在每个国家的经济发展中扮演着关键角色。地球气候的变暖、臭氧层被破坏以及酸雨等环境问题突显。温室气体的排放主要来自于化石燃料的燃烧。因此,寻找可再生的替代能源或减少能源消耗的方法变得至关重要。2009年4月欧盟通过了《气候行动和可再生能源一揽子计划》,目标是将能源效率提高20%,设定可再生能源在总能源消费中的比例提高到20%,2020年将欧盟温室气体排放总量在1990年基础上减少20%。同年12月,在哥本哈根气候变化大会中我国政府提出：加强节能、提高能效工作,争取到2020年中国单位GDP二氧化碳排放将比2005年下降40%-45%；大力发展可再生能源和核能,争取到2020年非化石能源占一次性能源消费比重达到15%左右；大力增加森林碳汇,争取到2020年森林面积比2005年增加4000万公顷,森林蓄积量比2005年增加13亿立方米；大力发展绿色经济,积极发展低碳经济和循环经济,研发和推广气候友好技术。为完成这些挑战需要世界各国坚持发展绿色经济的原则,其中包括可再生能源的供应来替代化石燃料为基础的能源供应。用以平衡经济和社会发展与环境保护的关系。在全球范围内,如燃料资源的快速消耗,化石燃料的消费增加,化石燃料未来可用性的不确定性以及全球能源需求的不断增加,污染物排放量的增加和气候变化,得到了全世界学者的重视并已经着手研究开始使用不同的能源来代替传统化石能源,如天然气和生物燃料与氢气。氢气可以通过多种途径制取,如生物法的暗发酵产氢,具有很多优势。如细菌的生长速率高,需要的能量较低,不消耗氧气,成本低,不需要光能,可以使用多种碳源作为基质。许多类型的废料可以转化成为含糖废水,从而作为生物基质。在大多数的工业废水中,有着容易降解的碳源。蔗糖和葡萄糖等单糖在适宜的温度下有着较高的氢转换效率,这是含糖废水作为生物生产的原材料比其他材料更高效的原因。这都表明了,含糖废水用于工业生物制氢是最有用的。本研究中,采用由有机玻璃制成的上流式厌氧污泥床反应器(UASB),以糖蜜废水为发酵底物,投加适量氯化铵和磷酸二氢钾,研究在低pH值下系统的产氢性能。在系统启动初期,投加碳酸氢钠控制进水pH=6.75-7.15使系统处于中性厌氧发酵,固定进水COD为4000 mg.L-1,HRT=8 h。系统运行20 d后,系统处于混合型发酵类型,随后停止投加碳酸氢钠。系统经过45 d的运行,乙醇和乙酸浓度占总浓度的79.39%,而丙酸的浓度只占总浓度的10.89%,形成了稳定的典型乙醇型发酵。第65 d,乙醇和乙酸的浓度分别为840.56 mg.L-1、403.12 mg.L-1,乙醇与乙酸浓度占总浓度的93.2%,氢气含量为86.97%。在出水pH=2.81时,系统产氢性能最佳。氢气产率为2.079mmol·L-1·h-1,氢气产量1.12 m3/m3.d,氢气含量91.46%,是稳定期氢气含量的1.65倍。
【关键词】：上流式厌氧污泥床反应器(UASB) pH 乙醇型发酵 生物制氢 糖蜜
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2;X703
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-21
• 1.1 课题背景8
• 1.2 厌氧生物制氢技术8-11
• 1.2.1 有机物的厌氧消化9-10
• 1.2.2 酸碱平衡与pH值10
• 1.2.3 厌氧技术特点10-11
• 1.3 厌氧生物制氢技术的研究现状11-13
• 1.4 升流式厌氧污泥床(UASB)工艺的技术应用13-19
• 1.4.1 UASB反应器的原理15-17
• 1.4.2 UASB反应器的构成17-19
• 1.5 研究目的意义、内容与技术路线19-21
• 1.5.1 研究的目的意义19
• 1.5.2 研究内容19-20
• 1.5.3 技术路线20-21
• 2 实验材料与方法21-24
• 2.1 实验装置21
• 2.2 接种污泥21-22
• 2.3 实验用废水22
• 2.4 分析项目与方法22-24
• 3 厌氧颗粒污泥的培养24-28
• 3.1 厌氧颗粒污泥的形成条件24
• 3.2 实验装置与材料24-25
• 3.2.1 实验装置24-25
• 3.2.2 实验用水25
• 3.2.3 接种污泥与预处理25
• 3.3 实验方法25
• 3.3.1 反应器的运行控制方法25
• 3.3.2 分析项目与测量方法25
• 3.4 实验结果与讨论25-27
• 3.4.1 OLR冲击对COD去除率的影响25-26
• 3.4.2 颗粒污泥的粒径及其分布26-27
• 3.5 本章小结27-28
• 4 UASB生物制氢反应器的快速启动与运行特性28-33
• 4.1 生物制氢反应器内的产氢污泥的驯化28-29
• 4.1.1 产氢污泥驯化的实验装置28
• 4.1.2 实验用废水28
• 4.1.3 种泥的预处理28-29
• 4.2 氧化还原电位(ORP)的变化29-30
• 4.3 化学需氧量(COD)去除率的变化30-31
• 4.4 启动过程中系统产气与产氢量的变化31-32
• 4.5 本章小结32-33
• 5 低pH值对UASB系统产氢性能的影响与分析33-37
• 5.1 液相末端产物的变化对UASB系统产氢性能的影响33-35
• 5.2 pH值对UASB系统产氢性能的影响35
• 5.3 COD去除率对UASB产氢性能的影响35-36
• 5.4 本章小结36-37
• 结论37-38
• 参考文献38-43
• 攻读学位期间发表的学术论文43-44
• 致谢44-45

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 张玉秀;柴团耀;;废水生物处理过程中污泥的微生物种群结构和PAHs降解菌研究进展[J];中国科学院大学学报;2016年01期

2 慕银银;郭新超;王小林;张鹏;;HRT对厌氧膜生物反应器混合液性质和膜污染的影响[J];水处理技术;2016年01期

3 王红叶;侯银萍;彭党聪;杨翠;常青;赵爽;陈博;;上流式厌氧污泥床反应器处理饮料废水[J];环境工程学报;2015年02期

4 孙丽娜;马越;阎玉荣;;UASB反应器的工程设计与运行[J];中国沼气;2013年05期

5 王劲松;;微生物絮凝剂作用下厌氧颗粒污泥的形成及特性[J];环境科学;2009年11期

6 徐宏英;李亚新;岳秀萍;苏槟楠;王慕华;;厌氧颗粒污泥吸附去除废水中Hg~(2+)的研究[J];环境工程学报;2009年04期

7 李建政,任南琪,林明,王勇;有机废水发酵法生物制氢中试研究[J];太阳能学报;2002年02期

8 任南琪,陈小蕾,赵丹;Control of fermentation types in continuous-flow acidogenic reactors:effects of pH and redox potential[J];Journal of Harbin Institute of Technology;2001年02期

9 胡纪萃;;UASB反应器三相分离器的设计方法[J];中国沼气;1992年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张立国;UASB和ABR系统中产氢产乙酸菌群对OLR与pH的生态响应规律[D];哈尔滨工业大学;2012年

，

本文编号：690537