新型复合式厌氧折流板生物制氢反应器的启动与运行

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1、万方数据UniversityCode：10225RegisterCode：B14083DissertationfortheDegreeofDoctorStartupandOperationofNewHybridAnaerobicBaffledBiologicalHydrogenProductionReactorCandidate：Supervisor：AssociateSupervisor：LiuXiao—yeProf．LiYong-fengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorSpeciality：EcologyDateof0r

2、aiExamination：University：NortheastForestry万方数据摘要lUlIIUlIIIIIIIIIIIIY2723449随着社会的不断进步与发展，能源匮乏和环境污染问题日益严重，因此，清洁能源的开发与应用是大势所趋。氢能是理想的清洁能源之一，已广泛引起人们的重视。氢气燃烧后只有水，并且具有可再生、燃烧热值高、容易运输的特性。通过厌氧发酵生物制氢，以有机废水作为底物进行产氢，在处理废水的同时生产清洁能源。本文以复合式厌氧折流板反应器(m姬R)作为生物制氢反应器，以人工配制的赤砂糖废水为底物，采用混合培养的好氧污泥作为接种污泥，

3、探讨了HABR新型生物制氢反应器的启动、运行以及乙醇型发酵形成途径。研究结果表明，以“混合培养和生物膜”一体化的HAJ3R作为新型乙醇型发酵生物制氢系统是可行的。H,6LBR系统在温度35℃、水力停留时间(HRT)为12h，初始OLR为2．5kg／m3-d，分阶段提高进水OLR(至4．5kg／m3·d)的方式下，在20d内经过驯化可使5个格室均形成乙醇型发酵类型，稳定运行15d，启动成功。但是检测到每个格室的产氢能力差异明显，因为进入每个格室的废水状态不同，相当于每个格室在不同条件下(OLR、pH值等)启动，因此各格室虽然都形成了乙醇型发酵体系，所以表现

4、出不同的产氢能力。随后提高OLR(6．5kg／m3-d、8．5kg／m3·d)进行HABR的产氢运行，结果表明OLR为6．5kg／m3·d左右时效果最佳，去除率达到43．34％，平均产氢量达到14．91L／d，平均产能量为3340．62砌坩。在不同OLR条件下系统产生氢气与乙醇速率的线性关系可表示为y(氢)=0．31x(乙醇)一0．1335(R2=0．9235)。当OLR为8．5kg／m3．d左右时，过高的OLR和过低的pH值成为反应器的限制因素，在后续研究中可考虑添加适应的盐类来中和过多的有机酸，使系统可持续运行。HABR反应器结构没有设置搅拌装置，其

5、格室内部底物废水与微生物的混合完全依靠上升水流的冲击与污泥的沉降，因此，水力停留时间(HRT)对HABR制氢系统运行效果的影响十分重要。实验设计了HRT为36、24、16、12、8h的5个HRT时问，各运行30d，结果表明：随着HRT由36h降低到12h，产氢速率随着升高，当HRT进一步缩短至8h时，产氢量迅速下降，乙醇型发酵稳定性降低，因此此次实验中HRT为12h时运行效果最佳，该HRT条件下稳定运行阶段平均产氢速率达到13．86mmol／h·L，5个格室的pH值在4．22q．47之间，能源生产平均量达到11．1lkJ／h·L。主要液相产物为乙醇和乙酸

6、，第一至第五格室的两者的比值分别为1．90、1．94、1．80、1．77、1．91，比值越大乙醇相对乙酸的产量越高，表示乙醇型发酵程度越高。不同HRT条件下产生氢气与乙醇速率的线性关系可表示为Y(氢)=1．2883x(乙醇)+7．1739(一=0．8566)。此外，连续流搅拌槽式反应器(CS讯)是目前生物制氢研究中应用最多的反应器，因此，本文对比研究HABR与CSTR两种类型反应器制氢系统的运行效果。首先在启动方面，CSTR反应器所用时间较短，可在30d内达到启动成功并稳定运行，而HABR反应器结构复杂容积大，完全启动成功达到稳定运行需要43d。因此，反

7、应器的类型不是制约发酸类型形成的决定性因素，但是能够影响发酵类型的形成过程。启动成功后，研万方数据摘要究了不同COD(4000、6000、8000mg／L)条件下两种类型反应器的运行效果，结果表明HABR反应器的产氢效能、产能效能以及COD去除率随COD的提高而上升，在COD为8000mg／L时分别达到了17．54mmol／h·L、45．13kJ／h-L、42．87％。CSTR系统受有机负荷限制明显，在COD为6000mg／L时效果最佳，产氢效能、产能效能、生物量以及COD去除率平均分别为13．26mmol／h·L、33．00kJ／h·L、26．47％。

8、在低有机负荷条件下，CSTR产氢系统的含氢量较高，而HABR产氢系统在高有机负荷