2009利用OLR和PH调控快速建立生物制氢反应器

第30卷第5期2009年5月太阳能学报ACI．AEN】巳RGIAESOLARISSINICAv01．30．No．5May，2009利用OLR和pH调控快速建立生物制氢反应器李永峰1’2”，韩伟1，徐菁利3，李建政2，陈瑛1，杨传平1(1．东北林业大学林学院，哈尔滨150040；2．哈尔滨32业大学市政环境工程学院，哈尔滨150090；3．上海工程技术大学化工学院，上海201620)摘要：以连续流搅拌槽式反应器(CSm)作为反应装置，以糖蜜废水为底物利用活性污泥制取氢气，着重对有机负荷(DLR)和pH调控下生物制氢反应器乙醇型发酵的快速启动进行了研究。结果表明，在污泥接种量(以INS计)为17．749／L、温度为35℃±l℃、水力停留时间(舰r)为6h的条件下，通过调节进水化学需氧量(COD)质量浓度和系统pH值，约12d就可以快速实现生物制氢反应器中微生物的主要代谢类型为乙醇型发酵，实现稳定的氢气生产。关键词：生物制氢；乙醇型发酵；有机负荷；pH中图分类号：TK6文献标识码：A0引言±1)℃，实验系统见图104发酵法生物制氢主要有3种产酸发酵类型，分别为乙醇型发酵、丁酸型发酵和丙酸型发酵，而乙醇型发酵被认为是最佳发酵类型[1加J。虽然前期研究已确立了稳定运行状态下乙醇型发酵的最佳工程控制参数，如pH、氧化还原电位(OR／')等因素对发酵产氢系统的影响¨4出J，然而如何快速实现连续流生物制氢乙醇型发酵仍缺乏研究。本文采用连续流搅拌槽式反应器(CsTR)，利用生活污水排放的沟底泥经间歇培养后接种至反应器，通过有机负荷(0／2)和pH调控，进行了生物制氢反应器乙醇型发酵快速启动的研究，旨在为工程应用提供基础资料。1材料与方法1．1实验装置实验采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)，为反应区与沉淀区一体化结构，模型反应器总容积12．5L，有效容积5．4Lo反应器内部有三相分离器，使气、液、固三相很好地分离，更有利于气体的传质与释放。采用计量泵将原水从进水箱泵入反应器内，通过计量泵的流量以保证系统进水恒定。整个反应器采用外缠电热丝加热方式，将温度控制在(351．废水箱2．计量泵3．反应器4．搅拌器5．湿式气体流量计6．水封5发酵气体图1连续流混合培养生物制氢系统Fis．1Schematicdhsmof坞-Imxtuction蠡舶田en叫∞reactorsystem1．2污泥接种接种污泥为生活污水排放沟底泥经过滤、沉淀、淘洗，用糖蜜废水间歇好氧培养2周后，观察污泥的颜色逐渐由灰色变为黄褐色，并形成沉降性能良好的絮状污泥。经显微镜观察生物相，污泥生物种类十分丰富。接种污泥的挥发性悬浮固体(VSS)为17．749，L，污泥活性(VSS／SS)为63．72％(其中ss为总悬浮固体)，采用连续流方式运行，HRT为6h，温度控制在(354-1)℃。收稿日期：2008-08-03基金项目：国家高技术研究发展计划(呦)项目(2006AA052109)；上海市重点科技攻关项目(071605122)；黑龙江教育厅项目(11531231)通讯作者：杨传平(1957一)，男，博士、教授，主要从事林木改良与生物能源方面的研究。yang：p@163．哪万方数据万方数据5期李永峰等：利用OLR和pH调控快速建立生物制氢反应器1．3实验废水-实验废水采用甜菜制糖厂的糖蜜加水稀释而成，配制时投加一定比例的农用复合肥，使废水中CODlN：P保持在约1000：5：l，以保证活性污泥在生长过程中对N、P营养元素的需求。1．4分析检测方法发酵气体产物及组分采用SC．Ⅱ型气相色谱测定，热导检测器(rI℃D)，不锈钢色谱填充柱长2．0m，担体PomrmkQ，50—80目。采用氮气为载气，流速为30raL／rain。液相末端发酵产物(VFAs)组分及含量采用GC．122型气相色谱测定。氢火焰检测器，不锈钢色谱填充柱长2．0m，担体为GDX-103型，60一80目。柱温、气化室和检测室温度分别为190、220、220℃。氮气作为载气，流速为30mL／min。采用国家标准方法测定COD、leSS、SS，采用PHS-25型酸度计测量pH和ORP，采用LMIM型湿式气体流量计计量产气量。2实验结果与讨论2．1pH值与OLR的调控对液相末端发酵产物的影响污泥驯化过程分为两个阶段，启动前5d为第一阶段，进水COD约为40(Klmg／L；6d以后的运行为第二阶段，进水COD为20(Omg／L。为了保证反应器内各反应时间充足，在反应器每次连续运行4个HRT(1d)后，对各反应参数进行测量并分析调控。液相末端发酵产物检测结果见图2，图3为反应器pH的变化情况。600500；舞娄200100Ol3579llt／d图2反应器运行过程中液相末端产物变化ng．20lan固鹧0fliqIlidendfennent