以葡萄糖为底物的CSTR与IC反应器制氢系统运行的研究

发布时间：2017-09-24 09:30

  本文关键词：以葡萄糖为底物的CSTR与IC反应器制氢系统运行的研究

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【摘要】：如今经济与科技快速发展,化石能源的过度开采和使用造成一系列环境问题,气候变暖环境污染日趋严重,所以世界各国都在迫切的希望寻找一种新型的清洁能源代替化石能源的使用。氢能作为一种清洁无污染又可以再生且含有巨大能量收益的新能源备受世界各国研究者关注。厌氧发酵制氢技术通过利用有机废水作为微生物生长代谢的底物,通过一系列的生化反应制氢具有很好的发展前景。但是其制氢效率不高是工业化应用的最大障硪如何提高制氢效率也是目前各国研究者主要研究目标。本文首先用连续流槽式搅拌反应器(CSTR)用葡萄糖作为进水底物建立乙醇型厌氧生物制氢反应器。实验首先确立了最佳运行HRT=5 h,主要考察通过调控进水COD浓度和pH快速启动反应器以及运行过程中在不同OLR对系统制氢的影响。研究表明：在较低的pH和进水COD浓度环境下有利于反应器的启动,在第八天时各指标稳定,在进水COD=6000 mg/L时制氢效率最高,产气量可达到37.4(±3.9)L/d,最大产气量可达到41.3 L/d同时最大氢气含量为56.72%,最大制氢量为23.43 L/d,系统运行过程通过调控pH值稳定在4.2～5.7同时在这一阶段COD去除率则达到39.45(±2.66)%,ORP稳定在-487-445 mV。第二组实验同样以葡萄糖作为反应底物利用内循环厌氧反应器(IC)进行厌氧发酵制氢实验。同样确立了最佳运行HRT=5 h,主要考察通过调控pH值如何快速启动IC反应器以及运行反应器过程中以不同进水COD浓度对整个系统制氢的影响。研究可知：较低pH值有利于反应器的快速启动,15 d后反应器成功启动,运行过程中发现进水COD浓度为6000 mg/L,温度为35(±2)℃,在这一阶段产气量可达到38.4(±9.29)L/d,最大产气量为45.7 L/d同时最大氢气含量65%最大制氢量为29.7 L/d,这一阶段COD去除率达到了最高值48.79%,pH通过调控稳定在4.12～4.56之间,反应过程中氧化还原电位稳定在-472～-426 mV。本文还对两实验进行了对比得出IC反应器在整个运行中稳定性较高,在处理高浓度有机废水时效果良好制氢效率很高,CSTR反应器可以在低浓度有机废水处理中表现优异能够快速的建立和运行并在短时间内制取氢气。
【关键词】：生物制氢 CSTR IC 有机负荷 乙醇型发酵
【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8-16
• 1.1 课题背景8
• 1.2 生物制氢技术8-10
• 1.2.1 光合法生物制氢技术9
• 1.2.2 发酵法生物制氢技术9-10
• 1.2.3 生物制氢技术的应用前景10
• 1.3 厌氧发酵制氢工艺10-13
• 1.3.1 厌氧发酵制氢原理10-12
• 1.3.2 利用不同底物发酵制氢的研究12
• 1.3.3 发酵法生物制氢的不足12-13
• 1.4 厌氧生物反应器13-15
• 1.4.1 连续流式混合搅拌反应器13
• 1.4.2 内循环厌氧反应器13
• 1.4.3 其他厌氧生物反应器13-15
• 1.5 本课题的来源、目的和意义15-16
• 1.5.1 本课题来源15
• 1.5.2 本课题的研究目的和意义15
• 1.5.3 本文主要研究内容15-16
• 2 实验材料与方法16-21
• 2.1 实验装置16-17
• 2.1.1 CSTR反应器16
• 2.1.2 IC反应器16-17
• 2.2 活性污泥的选择与培育17-18
• 2.3 实验底物18
• 2.4 分析项目以及测定方法18-21
• 2.4.1 化学需氧量COD测定18-19
• 2.4.2 系统内生物量的测定19
• 2.4.3 液相末端发酵产物的测定19
• 2.4.4 气相末端产物的测定19-20
• 2.4.5 实验过程中氧化还原电位的检测(ORP)20-21
• 3 以单糖为底物CSTR生物制氢反应器启动与运行21-31
• 3.1 反应器的启动21-24
• 3.1.1 通过调控COD和pH值启动反应器21-22
• 3.1.2 反应器内部氧化还原电位(ORP)变化22-23
• 3.1.3 启动过程中对化学需氧量的去除及产气的变化23-24
• 3.2 CSTR反应器的运行24-30
• 3.2.1 反应器运行的发酵类型25-26
• 3.2.2 反应器运行过程COD的变化26-27
• 3.2.3 反应器运行过程中产气量和氢气含量27-28
• 3.2.4 反应器运行过程中pH值和氧化还原电位的变化28-30
• 3.3 本章小结30-31
• 4 以葡萄糖为底物IC反应器单独启动和运行31-39
• 4.1 反应过程中发酵类型的确定31-32
• 4.2 反应器启动和运行过程中COD的变化32-33
• 4.3 系统运行过程中产气量与氢气含量的变化33-34
• 4.4 反应器启动和运行过程中pH以及ORP的变化34-36
• 4.5 两种不同反应器在相同条件下各参数对比36-37
• 4.6 本章小结37-39
• 结论39-40
• 参考文献40-44
• 攻读学位期间发表的学术论文44-45
• 致谢45-46

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本文编号：910662