秸稈與污泥混合兩相發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷的研究.pdf

1、城市污水廠的剩余污泥和玉米秸稈既是廢棄物,也是可利用的生物質(zhì)資源。厭氧消化產(chǎn)甲烷工藝能夠?qū)崿F(xiàn)污泥和秸稈的資源化利用,但是以產(chǎn)甲烷為最終目標的傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵技術(shù)忽視了發(fā)酵過程中氫氣的回收。氫氣燃燒只生成水,是一種清潔能源,而且氫氣的熱值(142.35 kJ/g)是甲烷的2.6倍。厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫對有機質(zhì)利用不完全,會產(chǎn)生大量有機酸,這些有機酸可以被產(chǎn)甲烷菌利用產(chǎn)生甲烷氣體,從而進一步提取有機質(zhì)中的能量。因此,對有機質(zhì)進行兩相厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷可

2、以提高生物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化率和基質(zhì)利用率。單一底物厭氧消化存在碳氮比(C/N)不適合、營養(yǎng)成分不足等問題。將污泥和秸稈混合發(fā)酵,能夠調(diào)節(jié)發(fā)酵底物的營養(yǎng)成分、增加反應(yīng)系統(tǒng)的緩沖能力、提高厭氧發(fā)酵的效果。
　　本研究首先進行了玉米秸稈預(yù)處理方法的研究。分別采用單獨 HCl、NaOH以及HCl、NaOH聯(lián)合酶對秸稈預(yù)處理,考察預(yù)處理后溶出的還原糖、秸稈組分的變化和質(zhì)量損失以及發(fā)酵后的氫氣產(chǎn)率。根據(jù)試驗結(jié)果,確定秸稈最佳預(yù)處理方式為利用2.0％

3、NaOH在50℃下浸泡48h。
　　其次,進行了污泥和秸稈混合厭氧發(fā)酵的靜態(tài)試驗,考察不同混合比例對氫氣和甲烷產(chǎn)率以及總能量產(chǎn)率的影響。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)秸稈與污泥總固體(TS)為2:1時產(chǎn)氣率最高。在該TS比例下,混合發(fā)酵的氫氣與甲烷產(chǎn)率分別達到13.4mL/g-VS和172.6mL/g-VS,是污泥單獨發(fā)酵氫氣與甲烷產(chǎn)率的13倍和1.4倍。不同起始pH值的試驗結(jié)果顯示,在反應(yīng)起始pH為11.5時,產(chǎn)生的總能量最高,為9.36kJ/g

4、-VS。在起始pH為5.5時,氫氣的能量比例最高,總能量為9.16 kJ/g-VS。根據(jù)試驗結(jié)果,確定秸稈與污泥混合兩相發(fā)酵時,產(chǎn)氫相最佳起始pH為5.5。利用試驗數(shù)據(jù)分析得出,兩相發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷產(chǎn)生的能量,是單相產(chǎn)甲烷產(chǎn)生能量的1.4~1.6倍。
　　再次,采用兩相雙溫完全混合厭氧反應(yīng)器(CSTR)進行了秸稈與污泥混合兩相厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷的動態(tài)試驗。產(chǎn)氫反應(yīng)器分別在中溫(37℃)和高溫(55℃)下運行,產(chǎn)甲烷反應(yīng)器控制為中溫(