玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：氫氣是一種清潔的可再生能源,在燃燒過程中除生成水外,不產(chǎn)生導(dǎo)致環(huán)境惡化的碳基化合物。近年來,隨著人們對(duì)能源的需求劇增,石油價(jià)格持續(xù)攀升,能源短缺和環(huán)境污染問題已對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此,尋找替代能源、開展可再生能源的研究,對(duì)于維護(hù)國家的能源戰(zhàn)略安全、減少環(huán)境污染具有十分重要的意義。生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生物制氫技術(shù)利用微生物分解有機(jī)廢棄物制備氫氣,起到了除廢和環(huán)保的雙重目的,因而具有良好的應(yīng)用前景。 本文在批式實(shí)驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上,以農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈為產(chǎn)氫原料,以牛糞堆肥為產(chǎn)氫菌源,在5立升規(guī)模的混合式制氫反應(yīng)器中通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生氫氣,取得了有意義的研究結(jié)果。 1.以牛糞堆肥作為天然厭氧微生物來源,用蔗糖作為菌種培養(yǎng)馴化的底物,研究了產(chǎn)氫菌種的富集方法、培養(yǎng)方式和馴化條件。結(jié)果表明:先煮沸菌源溶液15min,接著曝氣2h,經(jīng)這種方法處理過的菌源富集產(chǎn)氫菌種效果好,接種到反應(yīng)器中反應(yīng)產(chǎn)氫能力達(dá)到141.86ml/g,接種后僅10h開始產(chǎn)氣;提出采用半連續(xù)培養(yǎng)方式對(duì)菌種進(jìn)行培養(yǎng),當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間12h時(shí),用更換新鮮培養(yǎng)液或者添加NaOH的方法控制pH值,能提高菌種活性,同時(shí)產(chǎn)氫能力增加;當(dāng)對(duì)菌種馴化培養(yǎng)時(shí),控制容積負(fù)荷在50±2g/(1·d)較為適宜,此時(shí)產(chǎn)氫能力高達(dá)175.14ml/g,反應(yīng)器產(chǎn)氫速率150.93ml/(1·h),平均氫濃度為54.88%,COD的平均去除率30%。 2.在5升規(guī)模的制氫反應(yīng)器中,研究了玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫工藝,對(duì)有關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行了探索。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該工藝在5升規(guī)模反應(yīng)器中的適宜運(yùn)行參數(shù)為:溫度:36±1℃,反應(yīng)pH值:5.2～5.4,攪拌轉(zhuǎn)速:100～120r/min,初始秸稈濃度:10g/1,進(jìn)料時(shí)間間隔:8～9h。在適宜的運(yùn)行條件下,玉米秸稈生物制氫在該反應(yīng)器的最高持續(xù)產(chǎn)H_2能力為103.45ml/(1·h),最高比產(chǎn)氫率為108ml/g秸稈,生物氣中平均氫濃度45%。分析了反應(yīng)的代謝產(chǎn)物,主要發(fā)酵(酸化)產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸(乙酸和丁酸)、氫氣、二氧化碳和代謝的末端產(chǎn)物。氣相中沒有檢測(cè)到甲烷。液相代謝產(chǎn)物中丁酸含量始終比較高,可以判定玉米秸稈生物制氫在該5升反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵類型屬于丁酸型發(fā)酵產(chǎn)氫。 【關(guān)鍵詞】：生物制氫 厭氧發(fā)酵 玉米秸稈 富集
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TQ116.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 選題背景10-12
• 1.2 生物制氫研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 光合法生物制氫技術(shù)13-14
• 1.2.2 發(fā)酵法生物制氫技術(shù)14-15
• 1.2.3 小結(jié)15-16
• 1.3 發(fā)酵法制氫的底物研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 同課題組發(fā)酵制氫研究進(jìn)展17
• 1.5 本文的意義和研究目標(biāo)17-18
• 2 實(shí)驗(yàn)方法18-25
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器18
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置與工藝流程18
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法18-25
• 2.3.1 菌種來源和富集18-20
• 2.3.2 菌種的培養(yǎng)與馴化20
• 2.3.3 運(yùn)行操作20
• 2.3.4 實(shí)驗(yàn)分析項(xiàng)目和方法20-25
• 2.3.4.1 氣相組分分析21
• 2.3.4.2 液相發(fā)酵產(chǎn)物分析21-24
• 2.3.4.3 化學(xué)需氧量(CODcr)的測(cè)定24-25
• 3 菌種的富集、培養(yǎng)與馴化25-35
• 3.1 菌種預(yù)處理方式對(duì)底物產(chǎn)氫能力的影響25-28
• 3.1.1 菌種預(yù)處理方法一25-27
• 3.1.2 菌種預(yù)處理方法二27-28
• 3.1.3 兩種預(yù)處理方法的總結(jié)28
• 3.2 進(jìn)料方式對(duì)產(chǎn)氫能力的影響28-31
• 3.2.1 1號(hào)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)過程中pH變化與產(chǎn)氫能力的關(guān)系29-30
• 3.2.2 1號(hào)和2號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較30-31
• 3.3 有機(jī)負(fù)荷對(duì)產(chǎn)氫能力的影響31-33
• 3.3.1 有機(jī)負(fù)荷對(duì)產(chǎn)氫能力的影響31-33
• 3.3.2 氫氣濃度、COD去除率隨培養(yǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)33
• 3.4 小結(jié)33-35
• 4 玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)氫小型放大實(shí)驗(yàn)研究35-48
• 4.1 發(fā)酵溫度對(duì)產(chǎn)氫能力的影響36-37
• 4.2 反應(yīng)pH值對(duì)產(chǎn)氫能力的影響37-40
• 4.3 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)產(chǎn)氫能力的影響40-41
• 4.4 秸稈初始濃度對(duì)產(chǎn)氫能力的影響41-43
• 4.5 產(chǎn)氫微生物的代謝特性43-44
• 4.6 進(jìn)料時(shí)間對(duì)產(chǎn)氫能力的影響44-46
• 4.7 小型放大實(shí)驗(yàn)和批式實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較46
• 4.8 小結(jié)46-48
• 5 結(jié)論與建議48-50
• 5.1 結(jié)論48-49
• 5.2 建議49-50
• 參考文獻(xiàn)50-54
• 讀研期間發(fā)表論文情況54-55
• 致謝55

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生物質(zhì)發(fā)酵制氫細(xì)菌的富集優(yōu)化研究及產(chǎn)氫過程分析    計(jì)新靜

光發(fā)酵厭氧流化床制氫反應(yīng)器載體優(yōu)化與運(yùn)行特性研究    任宏宇

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氮素用量對(duì)飼用玉米氮代謝的影響    于秋竹

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藍(lán)藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的研究    胡萍

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玉米秸稈厭氧發(fā)酵制氫的實(shí)驗(yàn)研究    李憲民;江振西;李濤;任保增;

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冬季如何堆制玉米秸稈肥    吳凡

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“活性污泥—生物膜”一體式復(fù)合生物制氫工藝的運(yùn)行與控制    韓偉

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微波輔助下木質(zhì)纖維素降解與溶解過程的研究    牟莉

基于能值理論的發(fā)酵法生物制氫技術(shù)環(huán)境—資源—經(jīng)濟(jì)綜合效率評(píng)價(jià)    陳鳴岐

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微生物處理玉米秸稈生產(chǎn)蛋白飼料的研究    張紅蓮

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