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蔗糖发酵产氢产甲烷 能源转换效率的研究,报 告 人:杨 斌(硕士生) 导 师: 张无敌(研究员/博导) 云南师范大学太阳能研究所 云南 昆明 2011年9月28日,1,沼气发酵三阶段,CH4和CO2,有机酸、醇、H2和CO2,水解阶段,产甲烷阶段,产氢产酸阶段,1 引言,乙酸、H2和CO2,发酵细菌的特点: 繁殖速度快、对环境的适应性 很强等,产甲烷细菌的特点: 繁殖速度很慢、 易受环境因素影响,为满足传统厌氧发酵顺利进行,需首先满足产甲烷菌生长代谢条件,导致水解发酵阶段基质利用率低,使整个厌氧发酵过程能源生产效率降低。,传统厌氧发酵不足,提升整体厌氧处理的能源效率,2 材料与方法,2.1 材料,2.1.1 发酵原料:蔗糖。 2.1.2 接种物:本实验室长期驯化后的混合厌氧活性污泥,pH值为7.86。 2.1.3 pH调节液 30% NaOH溶液:称取30gNaOH,加70ml蒸馏水溶解。 6mol/L HCl溶液:取16ml浓盐酸加水稀释至100ml。,图1 产氢阶段装置图,2.1.4 实验装置,图2 产甲烷阶段装置图,2.1.4 实验装置,调节pH,实验组:接种物120ml+蔗糖10g+水=400ml 对照组:接种物120ml+水=400ml。 实验组和对照组各设3个平行组,在30恒温下进行厌氧发酵,2.2 方法,2.2.1 实验设计,产气量,pH值,气体含量,有机酸积累量,用排水集气法收集气体,每天定时记录产气量 .,用pHS-3C精密酸度计每天定时测量记录,用奥氏气体分析仪精确测量H2和CH4 含量,挥发性脂肪酸总量的比色法测定 .,蔗糖含量,硫酸-蒽酮法,2.2.2 分析项目及方法,E=,式中 E原料的能源转换效率,% VH2氢气体积(实验测定),ml QH2氢气的热值,12.86J/ml VCH4甲烷体积(实验测定),ml QCH4甲烷的热值,35.822J/ml QSAC蔗糖的燃烧热值,16490J/g m蔗糖质量(实验测定),g,能源转换效率的计算,2.2.3 数据处理,3 结果与分析,3.1 产氢阶段,3.1.1 日产气量,图3 产氢阶段产气曲线,图4 产氢阶段pH值变化曲线,3.1.2 pH值,有机酸含量为3.6g,图5 产氢阶段蔗糖含量变化曲线,3.1.3 蔗糖含量,蔗糖含量为0.04g,图6 产甲烷阶段产气曲线,3.2 产甲烷阶段,3.2.1 日产气量,3.3 产气情况综合分析,3.4 蔗糖发酵产氢产甲烷的能源转换效率,E=,100%,E=,100%,E= 80.39%,3.5 蔗糖不同发酵过程能源转换效率的比较,29.11,42.42(文献值),80.39,4 结论与讨论, 通过调节发酵环境的pH,可以建立“氢化甲烷化”程序的厌氧发酵产能系统;,蔗糖发酵产氢产甲烷的能源转换效率达80.39%, 分别是蔗糖发酵制氢和蔗糖沼气发酵的2.8倍和1.9倍,表明该产能系统能显著提升厌氧处理的能源效率。,参考文献,1胡纪萃,周孟津,左剑恶.废水厌氧生物处理理论与技术M.北京:中国建筑工业出版社,2002. 2张无敌,宋川洪,尹芳等.沼气发酵与综合利用M.昆明:云南科技出版社,2004. 3胡觉,张无敌,尹芳等.紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究J.第二届全国研究生生物质能研讨会,2007,12:12-14. 4夏明星,白术杰,张向宇.浅析用奥氏气体分析仪测定煤气中毒可燃组分J.科技创新导报,2008,10. 5张敏.奥氏气体分析仪燃烧法对可燃气的分析J.高师理科学刊,2008,28(6). 6张庆红,马梅芳.硫酸-蒽酮法测定天冬中多糖含量J.中国现代中药,2008,10(8). 7李庆林.有机垃圾厌氧发酵过程性能预测系统建模与实验验证D.上海:上海交通大学,2009:35-36. 8袁振宏,吴创之,马隆龙等.生物质能利用原理与技术M.北京:化学工业出版社,2003.313- 317. 9赵琦.蔗糖催化燃烧的实验探究设计J.化学教育,2009,01. 10邱郁安,张紫英,苏莉娟等.寻沼气宝贝氢化-甲烷化程序厌氧发酵产能系统之建立.http:/science.ntsec.edu.tw/files/15-1004-22105,c2423-1.php.2011-05-09 11胡觉.紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究D.昆明:云南师范大学,2008. 12尹芳,胡觉,张无敌等.紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究J.科学通报,2010,55(36):3469-3476. 13 Binfei Xie, Jun Cheng, Junhu Zhou,et al. Cogeneration of hydrogen and methane from glucose to improve the energy conversion efficiency J. International Journal of Hydrogen Energy, 2008, 33(19): 5006-5011.,谢谢大家!,敬请各位专家学者批评指正, 并给予学生宝贵意见,
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