发酵法生物制氢反应器的快速启动与工程控制对策研究
氢能由于其清洁、高效等突出的优点而在能源界倍受青睐，生物制氢技术具有不消耗矿物资源和低成本等许多优点，是一项符合可持续发展战略的新技术。在生物制氢技术中，发酵法生物制氢因其稳定性好、产氢能力高而优于光合法生物制氢，并对其进行了大量研究。发酵法生物制氢中常见的发酵类型包括：丁酸型发酵、丙酸型发酵和乙醇型发酵。乙醇型发酵以乙醇和乙酸为主要末端发酵产物，产气量和氢气含量都高于其他产酸发酵类型，而且其运行稳定性比较高，所以乙醇型发酵是发酵法生物制氢的最佳发酵类型。
本文通过连续流生物制氢反应器的运行，在理论分析的基础上，对发酵生物制氢法最佳发酵类型—乙醇型发酵的快速启动的工程控制对策及其适宜的工程控制参数进行了探讨，并应用于工业化生产。
研究结果证明，生物制氢反应器的启动，可以容积负荷控制为主，以pH值监测和调节为辅助的手段能够获得预期的目的发酵类型。当启动初期的容积负荷控制为5kgCOD/m3·d左右时，系统启动初期的pH值一般维持在5.0～5.5之间，此时往往容易形成丁酸型发酵；将启动初期的容积负荷控制在10～12kgCOD/m3·d的范围内，启动后反应系统的pH值能够迅速下降到4.0～5.0之间，这时更容易形成乙醇型发酵。生物制氢发应器启动初期的有机负荷不易过高，否则会造成反应系统的“过酸状态”，导致反应器启动过程的失败。
本文在多次启动试验研究的基础上，采用有机废水处理厂二沉池污泥为接种种泥，模型反应器在启动后20天即形成了稳定的乙醇型发酵，实现了生物制氢法乙醇型发酵的快速启动，反应器的控制条件为：污泥接种量9.01gVSS/L，VSS/SS87.5％，HRT=10h，进水COD浓度为2000mg/L，污泥负荷为0.533kgCOD/kgVSS·d，pH值5.5～7.0，温度35±1℃。
在工业化发酵生物制氢反应器的启动中，以好氧活性污泥为种泥时，在种泥接种量为21.25gMLVSS/L，35±1℃，HRT11h，进水COD浓度平均为6900mg/L，污泥负荷为0.483kgCOD/kgVSS·d的条件下启动，经过16天的运行即可形成具有较高产氢能力和运行稳定性的乙醇型发酵。这一结果与实验室小试研究结果基本相符。污泥驯化结束时，反应器的产气量和产氢量分别达到601m3/d和322m3/d左右，发酵生物制氢反应器的比产氢率平均达到4.18m3/m3·d；对底物(总糖计)的转化率达到90％以上，氢气转化率平均为89.91％，微生物的比产氢量平均为0.55m3/kgMLVSS·d。
生物制氢;乙醇型发酵;容积负荷;比产氢率;发酵类型;生物反应器
哈尔滨工业大学
硕士
环境工程
李建政
2005
中文
X703;TQ920.1
62
2006-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）