[01234987]IC反应器发酵制氢的试验研究

一、应用领域和技术原理 以处理高浓度有机废水并制取清洁能源—氢气为目标,以IC反应器为研究对象,通过试验研究IC反应器发酵制氢的启动和运行特性,考察IC反应器发酵制氢的微生物代谢途径、污染物去除和产氢情况;并对影响反应器运行效果的主要因素进行研究,最后将研究结果应用于啤酒废水的发酵制氢,为高浓度有机废水的处理及能源回收利用提供有利的技术支撑。 研究结论表明IC反应器应用于高浓度有机废水发酵制氢具有可行性。在处理高浓度有机废水,实现污染物减排的同时,还可回收清洁的能源-氢气。 二、性能指标 本文在分析IC厌氧反应器技术现状的基础上,利用实验室自制IC反应器进行试验。本试验在中温条件下,接种经过预处理的厌氧颗粒污泥,首先进行了模拟配水启动试验和运行因素控制试验,考察了IC反应器的启动特征、主要影响因素等,然后采用啤酒废水进行了应用试验研究,得出以下结论： （1）IC反应器发酵产氢的启动过程中,进水COD浓度在2000mg/L～10000mg/L范围内,结果表明在HRT为4.6h的情况下,运行至第26天时系统开始产气,产气量为8.57L/d,气体中氢气含量为5.13%,当反应器容积负荷为31.14kgCOD/（m3·d）时,气体产量最高,此时可以达到380.44L/d,气体中氢气含量最高可以达到46.79%。出水中pH值在3.67～4.33之间,碱度在0.55～3.45mmol/L范围内,发酵类型为乙醇型发酵,COD去除率最高为46.70%。 （2）在启动过程中,颗粒污泥的粒径主要分布在0.90～2.00mm之间,扫描电镜结果表明,产氢颗粒污泥内部主要以杆菌为主。 （3）考察了水力停留时间对发酵产氢系统的影响：水力停留时间对出水pH值影响不大,对发酵类型、产气速率和COD去除效率影响明显,但氢气含量随水力停留时间的变化不明显。结果表明：IC反应器发酵产氢时,进水COD浓度保持在6000mg/L,水力停留时间定为4.0h可以得到较好的产氢效果。 （4）利用啤酒废水发酵产氢,当进水容积负荷为42kg COD/（m3·d）以下时,COD去除率达到25%左右,容积产气率约为0.7 m3/（m3·d）,氢气含量为40-45%。 三、与国内外同类技术比较 目前发酵制氢的研究,采用的反应器主要有CSTR反应器、固定床反应器、UASB反应器等。CSTR反应器具有结构简单、操作方便等优点,但由于泥、水完全混合,导致污泥易于流失,从而限制了反应器的处理效能。而固定床反应器采用物理、化学或生物的方法将细胞固定在载体上,强化保持微生物,提高反应器中生物体的浓度,但是,作为固定化载体的基质,会占据反应器内大量有效空间,降低反应器的处理能力。UASB反应器采用颗粒污泥,提高了反应器中生物体的浓度,但由于反应器内传质受限,处理效能较低。IC反应器是第三代高效厌氧反应器,由于自身内循环,使反应器内传质效果好,生物体浓度高,处理效能高,抗冲击负荷能力强。本研究采用IC反应器进行发酵制氢,结果表明：与其他反应器相比,具有容积负荷高,产氢速率高,产气量大等优点,适用于高浓度有机废水的发酵制氢。