氫是一種高效率的能量攜帶物,每單位重量的能含量高,為122KJ/g。當它被消耗時不產生任何溫室氣體。在不同的化學工業 中它還是一種重要的原料。盡管H2作為燃料的綠色性質,它仍主要是從非可再生能源(如天燃氣、或石油碳氫化合物)生產。為了使H2變成一種較可持續的能,它必須通過生物學途徑用廢物生產。用厭氧發酵工藝生產H2,使有機基質分解,把有機廢物轉化為有價值的能源。這種工藝受到相當大的注意。
先前的一些研究顯示,發酵產H2工藝顯著受各種因素影響,例如廢水特性,反應器構造,液體滯留期,輸入有機物濃度,有機負荷率,pH值,溫度,氧化還原電勢和營養需求等。在這些因素中,pH值尤其重要,因為它影響到產氫酶的活動和代謝路徑。另外,pH值變動還能影響細胞的生物形態學和結構,因而影響絮團化和粘附現象。因此,如果pH值不維持在一個希望要的范圍,就可能抑制H2生產,甚至使微生物群體變化,導致H2停止產生。
已有很多研究探究了在各種不同的反應器(如連續攪拌罐反應器和滴流生物學過濾器)中pH值對產H2的作用。盡管上流式厭氧污泥床反應器是厭氧反應器的一個重要類型,并被廣泛應用于污水處理,但是卻很少關于在上流式厭氧污泥床反應器中pH值對發酵產氫影響的文獻。告報刊載在《Bioresource Technology》的一個研究,在這個方面做了探索。
實驗在實驗室規模的上流式厭氧污泥床反應器進行,它包括一個2.0L的反應部分和一個氣體固體分離部分,它的容積為2.6L。種污泥從一個處理生產檸檬酸鹽污水的全規模厭氧反應器取得。種污泥的初始pH值和和揮發性懸浮固體密集度分別為7.1和6.3g/L。一種COD為10g/L的富蔗糖合成污水被用來做基質,并配以緩沖化學物質和勻衡的營養(單位為mg/L):405#NH4HCO3,155 K2HPO4•3H2O, 50 CaCl2,100,MgCl2•6H2O,25 FeCl2,10 NaCl,5 CoCl2•6H2O,5 MnCl2•4H2O,2.5 AlCl3,15(NH4)6Mo7O24,5 H3BO4,5NiCl2•6H2O,5 CuCl2•5H2O,5 ZmCl2。反應器伯溫度保持在39±1℃。
實驗結果顯示,沼氣中的H2分壓,H2產生速率和H2產出,都取決于pH,分別在下述范圍變化:0.25-0.52atm,42-145ml-H2/L.h和0.47-1.61克分子量H2/克分子量葡萄糖。最大H2分壓在pH7.5時觀察到。但最佳H2產生速度和H2產出,在pH6.5~7.50觀察到。在上流式厭氧污泥床反應器中,乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽,i-丁酸鹽,戊酸鹽和乙醇是主要的液體產物,存在于排出液中。在各個不同的pH值下,占主導地位的發酵過程都是丁酸鹽型的。
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