9杨斌-蔗糖发酵产氢产甲烷能源转换效率的研究

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2011年中国沼气学会学术年会暨第八届理事会第二次会议1结果与分析3引言1材料和方法2结论与讨论4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72%来自乙酸代谢28%H2还原CO2形成（能量损失较大）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。传统厌氧发酵不足酸化—甲烷化氢化—甲烷化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。2.1.3pH调节液⑴30%NaOH溶液：称取30gNaOH，加70ml蒸馏水溶解。⑵6mol/LHCl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调节pH至5.0发酵产氢调节pH至7.0发酵产甲烷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=mQQVQVSACCHCHHH4422式中E—原料的能源转换效率，%VH2—氢气体积（实验测定），mlQH2—氢气的热值，12.86J/mlVCH4—甲烷体积（实验测定），mlQCH4—甲烷的热值，35.822J/mlQSAC—蔗糖的燃烧热值，16490J/gm—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3.1.2pH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日产气量项目总产气量（ml）气体含量（%）发酵时间（d）产氢阶段总气体3947—13氢气208952.94甲烷59014.96产甲烷阶段总气体3540—20甲烷198756.13氢气104129.40总产气情况总气体7487——氢气313041.81甲烷257734.423.3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=mQQVQVSACCHCHHH4422×100%E=g10J/g16490J/ml22.835ml2577J/ml6.812ml3130×100%E=80.39%项目能源转换效率/%产氢产甲烷单独产氢单独产甲烷（沼气发酵）3.5蔗糖不同发酵过程能源转换效率的比较29.1142.42(文献值)80.394结论与讨论⑴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；⑵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.[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]BinfeiXie,JunCheng,JunhuZhou,etal.Cogenerationofhydrogenandmethanefromglucosetoimprovetheenergyconversionefficiency[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,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