高浓度秸秆结合暗发酵和厌氧消化联产氢气和甲烷气

【摘要】：1.本文采用高浓度玉米秸秆（60g/L）作为产氢底物，通过暗发酵及厌氧消化两阶段发酵生产氢气和甲烷气。在暗发酵产氢阶段，考察和研究了发酵过程中菌种强化、CTAB和碳酸氢铵等几个过程参数对发酵产氢的影响。结果表明在菌株Bacillus sp FS2011添加量为10%（v/v）、CTAB浓度为30mg/L以及碳酸氢氨浓度为1.2g/L的最优条件下，得到高浓度玉米秸秆最大的氢气产量以及最大产氢速率分别为79.8±1.5mlH2/g-秸秆以及3.78±0.2ml/h g-秸秆。在产甲烷阶段，将氢发酵的废液作为产甲烷的底物生成甲烷。累积甲烷产量、最大产甲烷速率以及COD去除率分别为227±2.5ml CH4/g-COD、436.77±10.5ml/Ld和95±1%。结果表明，通过两阶段发酵，不仅可以将玉米秸秆高效的转变为氢气和甲烷，同时可以高效地去除暗发酵产氢产生的有机废水。与低浓度（≤20g/L）暗发酵产氢相比，本实验产生的有机废水的体积总量降低了三分之二。。 2.以上述工作中优化后的高浓度玉米秸秆发酵产氢为基础，考察了两种不同的pH控制方案对暗发酵产氢的影响。通过方案1的pH值调控，累积氢产量的平台期消失以及乙酸在液相末端产物中比例的增加使得其累积氢产量相比对照组提高了13.44%，最大累积氢产量达到97.21ml H2/g-秸秆。 【关键词】：高浓度秸秆 两阶段发酵 联产氢气和 甲烷 pH值调控 产氢微生物
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ116.2;TQ221.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-19
• 1.1 研究背景9
• 1.2 厌氧微生物处理技术9-13
• 1.2.1 暗发酵产氢9-10
• 1.2.2 光发酵产氢10-11
• 1.2.3 微生物燃料电池和电解池11-13
• 1.2.4 发酵产甲烷13
• 1.3 结合两阶段发酵的产氢过程13-16
• 1.3.1 耦合暗发酵和光合发酵联合产氢14
• 1.3.2 暗发酵耦合 MEC 联产氢气14-15
• 1.3.3 暗发酵耦合厌氧消化联产氢气和甲烷气15-16
• 1.4 高浓度底物生物制氢研究进展16-19
• 第二章 两步暗发酵生物降解高浓度玉米秸秆联产氢气-甲烷19-39
• 2.1 实验材料及仪器19-20
• 2.1.1 实验材料19
• 2.1.2 实验仪器19-20
• 2.2 实验方法20-22
• 2.2.1 秸秆稀酸预处理20
• 2.2.2 天然产氢菌源预处理20-21
• 2.2.3 菌株 FS2011 驯化培养21
• 2.2.4 产甲烷反应器的驯化与启动21
• 2.2.5 批式实验方法21
• 2.2.6 结合氢发酵‐厌氧消化联产氢气和甲烷气21-22
• 2.3 分析方法22-26
• 2.3.1 生物气体体积测定22-23
• 2.3.2 生物气体组成测定23-24
• 2.3.3 还原糖含量测定24
• 2.3.4 挥发性脂肪酸醇含量测定24-25
• 2.3.5 COD 含量测定25-26
• 2.4 计算方法26-27
• 2.5 结果与讨论27-33
• 2.5.1 高浓度秸秆暗发酵产氢过程参数优化27
• 2.5.2 菌株 FS2011 强化技术对产氢的影响27-29
• 2.5.3 表面活性剂 CTAB 对发酵产氢的影响29-31
• 2.5.4 碳酸氢氨的浓度对发酵产氢的影响31-33
• 2.6 两步发酵法联产氢气‐甲烷33-38
• 2.6.1 高浓度秸秆暗发酵产氢的代谢特性33-36
• 2.6.2 氢发酵废水二次厌氧消化生产甲烷36-38
• 2.7 小结38-39
• 第三章 高浓度秸秆暗发酵产氢过程 pH 的控制策略39-51
• 3.1 实验材料及设备39-40
• 3.1.1 秸秆水解预处理39
• 3.1.2 牛粪堆肥预培养39
• 3.1.3 菌株 FS2011 驯化培养39-40
• 3.1.4 主要实验仪器40
• 3.2 实验方法40-41
• 3.3 分析方法和计算方法41
• 3.4 结果与讨论41-50
• 3.4.1 对照组41-44
• 3.4.2 方案 144-47
• 3.4.3 方案 247-50
• 3.5 小结50-51
• 第四章 总结51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57

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