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论文旨在通过单因子试验和优化试验,研究发酵温度、接种污泥种类、污泥接种率、原水预处理、接种污泥预处理、初始pH值及微量元素钼离子等因子对木薯酒精废醪发酵产氢的影响及各因子的交互作用。木薯酒精废醪属于高浓度无毒有机废水,水质呈酸性,常温下不易保存。其中颗粒污泥、二沉池污泥是适合木薯酒精废醪发酵产氢的接种物,当接种的比例为20%~40%、初始pH值为5.5~7.5,6~7时,可以达到的最高比产氢量分别为989.3mLH2/L废醪和818.6mLH2/L废醪;试验所采用的好氧污泥比产氢量均低于520mLH2/L废醪,不适宜作为木薯酒精废醪发酵产氢的接种物。加热和超声预处理使得原水中可溶性物质的浓度有了不同程度的增加,提高了10%~1.5%的糖类物质利用率。水浴加热和105℃烘干法预处理后的污泥接种到废醪中,获得的最大产氢潜力分别为976.0mL和782.0mLH2/L废醪,对糖的利用率分别为77.01%和39.0%,糖类物质能量转化效率分别为14.95%和11.98%。钼离子可以提高酒精废醪发酵体系的比产氢率,缩短发酵的延滞时间,其中0.7mg/L的浓度条件下,可以提高比产氢率29.1%。
初始pH值始终是产氢发酵过程中影响代谢产物的重要因子。正交试验选取的五个因子按影响由大到小的顺序排列:初始pH值>污泥接种量>加热原水处理>钼离子浓度>原水超声处理。各组试验中SCOD的降解率不明显,而可溶糖的降解率相对较高,约70%~90%之间;但氢气的比产率与可溶糖的降解率之间并无直接相关性。当初始pH值为5.6,钼离子浓度为0.73mg/L时,利用响应曲面优化的最大比产氢率可达到25.0mL/gVSS。在发酵温度、初始pH值、污泥接种率的响应曲面优化试验中,根据试验结果的拟合可以求出发酵温度X1、初始pH值X2、污泥接种率X3的最佳值分别为:46.2℃、6.38、18.76%,可达到的最大比产氢率为31.06mL/gVSS。
将产氢发酵作为一级厌氧发酵,可以提高约2.5%的废醪能量回收率,节约了固液分离的设备及运行成本。