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生物质厌氧发酵制氢技术是以生物质为原料,利用微生物分解和发酵制备生物制能源气体氢气的技术,有助于缓解当前能源紧缺的问题,同时达到资源的综合利用,环境保护的目的,是当前研究的热点。针对食醋生产下脚料醋糟的产量大、酸值高、纤维质含量高、污染大的特点,本文以累积产氢量为指标,研究醋糟的预处理方法和活性污泥的预处理方法对醋糟产氢的影响,建立醋糟厌氧发酵动力学模型,为醋糟厌氧发酵制氢提供理论依据。
为了探究醋糟的预处理方法,研究了酸预处理、碱预处理、超声辅助酸预处理和超声辅助碱预处理法对醋糟预处理效果,结果表明超声辅助酸预处理厌氧发酵的累积产氢量最高,其次是超声辅助碱,然后是酸处理,最后是碱处理。超声辅助酸预处理醋糟的最佳条件为:盐酸浓度为0.4％,超声时间7 min,超声功率600 W,液料比15 mL／g。在此条件下,累积产氢量为76.50mL／gTS,(TS:total solid,总固形物),氢气纯度达65.12％。
为了探究产氢菌的制备方法,以活性污泥为菌源,研究了酸处理、碱处理、和热处理等方法对活性污泥处理后发酵产氢能力的影响,结果表明碱处理法最好,在pH为11,处理时间为1.5 h的条件下,累积产氢量达到74.78mi／gTS；其次是酸处理法,在pH为3,处理时间为1.5 h的条件下,累积产氢量达到54.89mL／gTS;最后是热处理法,在80℃,处理时间为30 s的条件下,累积产氢量达到35.42mL／gTS。
为了建立醋糟厌氧发酵动力学模型,以提高醋糟厌氧发酵制氢效率,选择两组浓度不同的醋糟进行试验,建立了两个dS／dT(基质利用率,mg／(L·d))与S(生长限制基质浓度,mg／L)、X(生物浓度,mg／L)间的厌氧反应动力学方程,dS／dt=9.434SX／25.74+S,dS／dt=7.874SX／14.30+S。两回归方程的相关系数R2分别为0.985和0.983,有很好的相关性,方程符合Monod方程的形式。两方程的动力学参数相差较大,说明KS受基质浓度影响较大。