CSTR甲烷发酵系统向产酸发酵系统转化的调控运行

【摘要】： 连续流搅拌槽式反应器(CSTR)系统内微生物群落均成絮状结构,并且在搅拌状态下很难得到结构良好的颗粒污泥,因此常被用来作为产酸发酵及发酵生物制氢的装置。CSTR属悬浮絮状厌氧活性污泥系统,在传质和反应速度上较颗粒污泥系统具有明显优势,但目前尚无采用CSTR成功培养完整厌氧消化体系的研究报道。论文借助于两种结构型式的CSTR,在前期成功培育出具有完整甲烷发酵微生物系统的基础上,探讨了CSTR甲烷发酵系统向产酸发酵系统转化的运行控制对策,以期为以下两个方面的应用奠定基础:(1)CSTR厌氧消化系统的运行控制;(2)借助于产酸发酵菌群和产氢产乙酸菌群的生物质深度发酵产氢技术的研发。 研究证明,采用好氧活性污泥为种泥,以稀释糖蜜为底物,在控制进水COD浓度7000 mg/L、HRT 18 h、温度35±1℃、pH 6.5～7.5等条件下,通过改变HRT和系统pH,可以实现CSTR甲烷发酵系统向产酸发酵系统的转变。主要调控方式为逐渐缩短HRT致8 h,之后逐渐降低系统pH值,使其保持在5.0左右。反应器运行稳定时未检出CH4,H2含量达到21.6%,液相末端产物VFAs总量达到1992mg/L,其中乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和乙醇的百分含量分别为36%、27%、4.5%、2%和30%,呈现混合酸发酵特征。 为了在CSTR反应系统中建立以产酸发酵菌群和产氢产乙酸菌群为优势的微生物群落,本论文研究了向CSTR甲烷发酵系统中投加特异性产甲烷菌抑制剂的控制方法。首先,利用选择性丁酸培养基,通过摇瓶试验,比较了特异性产甲烷菌抑制剂氯仿和2-溴乙烷磺酸钠的作用特征,发现2-溴乙烷磺酸钠具有更明显的产甲烷菌活性抑制作用,并初步确定2-溴乙烷磺酸钠的投加量为10 mmol/L。根据静态试验结果,通过进水向CSTR甲烷发酵系统连续投加2-溴乙烷磺酸钠,投加浓度分阶段依次提高,最终在CSTR反应系统内成功抑制了产甲烷作用。转化后的CSTR发酵系统,产气速率稳定在9 L/d,H2含量稳定在2.6%,CH4未检出;液相末端发酵产物VFAs总量达到3357mg/L,其中乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和乙醇的百分含量分别为40%、38%、7%、4.2%和7%,呈现典型的丙酸型发酵。 【关键词】：甲烷发酵 CSTR HRT pH 产甲烷抑制剂
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-25
• 1.1 厌氧生物处理技术概述8-10
• 1.2 厌氧生物处理的阶段性理论10-15
• 1.2.1 厌氧生物处理的三阶段理论10-13
• 1.2.2 参与厌氧消化过程的主要微生物类群13-15
• 1.3 厌氧生物处理技术的发展趋势与研究现状15-22
• 1.3.1 厌氧生物处理技术发展现状15-19
• 1.3.2 CSTR完整厌氧消化系统的研究现状19-20
• 1.3.3 厌氧生物处理技术的影响因素20-22
• 1.4 课题来源与主要研究内容22-25
• 1.4.1 课题的提出及来源22-23
• 1.4.2 研究内容23-25
• 第2章 试验装置与方法25-33
• 2.1 研究的技术路线25-28
• 2.1.1 指导思想25-26
• 2.1.2 技术路线26-28
• 2.2 试验装置28-29
• 2.3 试验方法29-31
• 2.3.1 试验废水29-30
• 2.3.2 试验种泥30
• 2.3.3 反应器的运行控制30-31
• 2.4 分析项目及方法31-33
• 2.4.1 液相末端产物分析方法31-32
• 2.4.2 气体组分分析方法32-33
• 第3章 HRT对CSTR系统的调控与运行特征33-44
• 3.1 Ⅱ型CSTR的初始运行状态及调控方法33-34
• 3.1.1 启动条件33
• 3.1.2 初始稳定运行状态33-34
• 3.1.3 HRT对CSTR厌氧消化体系影响的运行控制34
• 3.2 pH及碱度的变化规律34-36
• 3.3 COD及COD去除率变化规律36-38
• 3.4 产气量及气体组分变化规律38-39
• 3.5 出水挥发酸变化规律39-41
• 3.6 生物量变化规律41-43
• 3.7 小结43-44
• 第4章 pH对CSTR系统的调控与运行特征44-53
• 4.1 pH及碱度变化规律44-45
• 4.2 COD及COD去除率变化规律45-47
• 4.3 出水挥发酸变化规律47-48
• 4.4 气体产量及气体组分变化规律48-50
• 4.5 生物量变化规律50-52
• 4.6 小结52-53
• 第5章 利用产甲烷抑制剂构建CSTR产酸发酵体系的研究53-66
• 5.1 Ⅰ型CSTR的初始运行状态53-54
• 5.1.1 启动条件53
• 5.1.2 稳定运行状态53-54
• 5.2 产甲烷菌抑制剂及投加剂量的确定54-57
• 5.2.1 试验方法54-55
• 5.2.2 抑制剂的作用效果及剂量确定55-57
• 5.3 CSTR系统投加产甲烷抑制剂的运行试验研究57-64
• 5.3.1 pH值和碱度变化情况57-59
• 5.3.2 COD浓度及去除率的变化情况59-60
• 5.3.3 产气量及气体成分变化60-62
• 5.3.4 液相末端发酵产物的变化62-63
• 5.3.5 生物量的变化63-64
• 5.4 小结64-66
• 结论66-68
• 参考文献68-75
• 攻读学位期间发表的学术论文75-77
• 致谢77

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