豆制品加工废水生物制氢系统启动与运行优化

采用上流式厌氧污泥床反应器(UASB)作为反应装置,以颗粒活性炭为污泥载体进行污泥固定化,以豆制品加工废水为发酵底物,考察系统启动过程运行特性及水力停留时间(HRT)对系统运行性能的影响.研究表明,通过调控系统pH值可在20 d达到污泥固定化生物制氢系统的稳定持续产氢运行状态,并通过优化系统HRT条件可实现生物制氢系统的最大产氢量6. 3 L·L~(-1)·d~(-1).     

UASB生物制氢反应系统生物强化作用研究

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以糖蜜废水为底物,利用厌氧活性污泥发酵产氢.向反应器中投加高产氢微生物产酸克雷伯氏菌HP1,探讨了生物强化作用对反应器产氢能力的影响.研究表明:在污泥接种量为30.0 gVSS/L、启动负荷为6.0 kgCOD/(m3·d)、水力停留时间(HRT)为9 h、投菌量为3%的条件下对生物制氢系统进行强化,可使反应系统产氢能力提高25%,并形成丁酸型发酵产氢,液相末端发酵产物中丁酸和乙酸的含量占挥发酸总含量的63%以上,气相中氢气含量在40%～52%之间,最大产氢量达4.52 L/d.     

基于细胞固定化悬浮培养的CSTR反应器运行

为提高连续流发酵制氢(CSTR)生物反应器的产氢效能,以红糖水作为发酵底物,通过投加活性炭颗粒作为固定化载体强化活性污泥,形成固定悬浮一体化的新型CSTR反应器.着重探讨反应器内部的稳定性与其产氢性能.结果表明,在温度为(35±1)℃,水力停留时间(HRT)为4 h,进水COD为6 000 mg/L时,其最大产氢量可达到12.06 L/d;此外,反应器内部的耐酸性能良好,pH值最低可达3.42,而且在载体颗粒物的作用下,生物量活性保持良好,COD去除率也可高达50%.     

玉米秸秆厌氧生物发酵制氢的特性研究

以玉米秸秆作为发酵底物,牛粪堆肥作为菌种来源,进行了30 L规模生物发酵制氢的特性研究.主要对底物发酵过程产氢途径进行分析,由液相末端发酵产物确定发酵类型.通过检测实验过程中发酵液的成分,分析了产氢的影响因素,并提出了持续稳定产氢的适宜方法.实验结果显示,玉米秸秆厌氧发酵制氢为丁酸型发酵,产氢反应过程中产氢量与微生物的生长特性紧密相关.     

光合细菌生物制氢研究进展

介绍了光合细菌产氢机理;综述了光合细菌制氢相关的菌种选育、工艺条件、固定化技术、光生物反应器以及物质和能量输运过程等方面的研究现状;阐述了光合细菌制氢技术存在的问题与应用前景。     

用数学方法设计固定化产腈水解酶细胞填充床反应器的关键操作参数

在用固定化产腈水解酶细胞填充床反应器催化制备尼克酸的实验中,通过构建代数形式的经验方程,成功地完成了反应器操作参数的设计。通过分析已知的填充床反应器的轴向扩散模型(一维)的数值解,得到一个经验方程:L=7.898u cS0+114.6u+0.028,该方程描述了3个关键操作参数(柱长L,流速u和底物浓度cS0)之间的关系。在底物转化率和反应器孔隙率分别为95%和0.11的前提下,以所得的代数方程为约束条件进行了最优化计算,求解出最优操作参数,使尼克酸的产量达到最高。     

有序堆积填充床传热传质与反应耦合的数值研究

采用CFD方法研究填充床反应器内CO2/CH4重整反应的热质传递与反应特性。首先考察3种不同N(N=dtube/dball)下填充床模型在无反应时的流动与传热特性,然后在耦合CO2/CH4重整反应后,比较有无耦合反应情况下的温度分布及N对反应转化率的影响。研究结果表明,本文模型与经验公式吻合较好,表明模型合理。无反应时,不同N对CO2/CH4重整反应的流动与传热特性有较大影响,管内传热速率及阻力系数随着N的增加而增加,管内阻力特性主要受填充床催化剂的形体阻力支配,当N=2时,填充床在研究的大多数雷诺数范围内具有最好的传热综合性能。耦合反应时,N对CO2/CH4重整反应的转化率也有较大影响,N=2.16时,甲烷转化率最大。N=1.67时,CO2/CH4在催化剂表面的反应转化率沿轴向随着温度的升高而增加。     

生物制氢系统产氢菌的富集培养与分离技术

从生物制氢反应器中富集、分离培养发酵产氢细菌并发挥其最大产氢能力，可以提高高浓度有机废水制氢系统的产氢性能。采用活性污泥混合培养发酵反应器和设计培养基研究产氢菌的富集培养和分离。将连续流发酵法生物制氢系统的运行参数调整如下：pH值为4．0～4．2，温度为35～38℃，氧化还原电位（ORP）为-100mV，反应器运行40～50d，使之达到产氢最佳的乙醇型发酵阶段，初步富集以产氢菌为优势群落的活性污泥；以葡萄糖、果糖和麦牙糖为碳源，以蛋白胨和牛肉膏为氮源，设计HPB—LR培养基，严格厌氧条件下，可以有效地富集培养产氢发酵细菌。采用改良Hungater技术、厌氧管斜面法和平板培养瓶厌氧技术等3种厌氧培养技术分离培养产氢菌效果最佳。获得产氢菌94株，这些菌株经过筛选鉴定，获得3株高效产氢菌。这些菌株为发酵法生物制氢工程提供了宝贵的微生物种质资源。     

固定化诺卡氏菌批次连续转化生产L(+)酒石酸

采用卡拉胶包埋具有环氧琥珀酸水解酶活性的诺卡氏菌用于生产L( )酒石酸。为了提高细胞固定化的效率,采用自制的固定化装置,将固定化细胞制成细条状,可以加快固定化细胞的制备,获得具有高活性和强度的固定化细胞颗粒,固定化细胞的最佳菌体浓度为100 g(湿细胞)/L。将固定化细胞用于填充床反应器进行反复批式反应,可以反复利用48次以上,将0.85 mol/L的环氧琥珀酸溶液转化为L( )酒石酸,酒石酸的得率不低于96%。     

底物降解速率常数的意义及应用

为了综合评价和比较废水处理中不同生物反应器的性能，根据Eckenfelder一级生化反应动力学模型，推导出单位底物降解速率常数K’2的表达式，并建议用K’2作为综合评价生物反应器性能的指标。对废水处理中常用生物反应器的K’2值进行了计算及分析。结果表明，K’2值达到最大时，反应器运行性能最佳。认为该方法与传统单项评价指标相比更具综合性，更为准确。     

光生物产氢研究进展

光生物产氢利用光合微生物将太阳能转化为氢能,是生物产氢领域的一个重要发展方向.光合产氢生物主要包括蓝细菌、绿藻、光合细菌等3大类,它们的光生物产氢都有其各自的途径和机理,含有氢代谢相关的酶类(氢酶或固氮酶).光生物产氢反应器有管道式、板式和圆柱状等类型.提高光合产氢效率、降低光合产氢成本,是实现光生物产氢技术应用化的关键.     

Ethanoligenens harbinense R3的培养特性与产氢机理

从连续流生物制氢反应器中分离出一株乙醇型产氢细菌Ethanoligenens harbinense R3,进行培养及产氢效能实验.采用间歇培养,研究了初始pH值和温度对发酵产氢细菌R3的产氢效能,产氢细菌R3为嗜中温发酵细菌,温度为30 ℃时,产氢代谢酶活性较高,最大产氢量为1 862 mL/L.采用不同的发酵基质,对R3以红糖、淀粉以及糖蜜废水进行产氢实验,结果表明,产氢细菌R3能够利用这些底物进行细菌自身的营养和能源需要,进而利用这些有机物进行产氢,但是对淀粉产氢代谢的作用较低.     

生物厌氧产氢接种污泥的预处理研究进展

系统概述了热、酸、碱、化学抑制剂、曝气、冲击负荷等预处理方法对接种污泥中耗氢菌和产氢菌的选择性抑制机理,并对比分析了各自的产氢特性.由于接种污泥选取的种类、产氢底物的种类和浓度、温度、pH以及采用的反应器类型等不同,不同研究者得出的最佳预处理方法存在差异.目前的研究多集中在以葡萄糖或蔗糖等纯物质作为厌氧产氢的底物,建议今后以实际有机废水作为生物厌氧产氢的底物,以进一步研究不同接种污泥预处理方法对产氢的影响.     

UASB反应器中高效能厌氧产酸污泥颗粒化的研究

在产酸ＵＡＳＢ反应器中，以配制葡萄糖废水为基质能够快速培养得到高活性、高沉降性的厌氧产酸颗粒污泥，形成高效能的产酸颗粒污泥床，反应器体积有机负荷达２１０ｇＣＯＤ／Ｌ·ｄ时，酸化率为９３％；观察研究了产酸污泥颗粒化过程中生物相和气体成分的变化规律，得出了产酸污泥颗粒化的主要控制条件是在反应器启动初期控制反应器内的ＰＨ为４．０左右；最后，探讨并提出了产酸污泥颗粒化机理．     

循环流化床中颗粒团浓度沿轴向的分布

循环流化床中存在分散固体颗粒的连续上升气相和相对紧密的颗粒团两部分．颗粒团聚物对气固两相流动、传热和反应等行为有重要影响．通过拟Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ动力学理论研究循环流化床中聚团流动的颗粒数份额沿轴向床高的分布,分析和讨论了气体表观流速、固体循环率等对聚团流动的颗粒数份额沿轴向分布的影响．所得结果可为深入研究循环流化床内气固传热传质和反应模型提供理论基础．     

微型反应器中甲醇水蒸气重整制氢研究

为了强化甲醇水蒸气重整制氢过程,研制了一种集燃料预热、汽化、过热和重整反应功能于一体的微型反应器.实验考察了反应温度、水醇摩尔比、液体空速等对甲醇转化率、产氢率、反应器出口氢气和一氧化碳浓度的影响,建立了该反应器的数学和动力学模型并进行了三维数值模拟.结果表明,所建模型能较好地反映出反应器的性能,当反应温度、水醇摩尔比和液体空速分别为260℃、1.3、0.2 h-2时,产氢率达0.2 mol/(h·g),可为氢气利用率为80％、效率为60％的燃料电池提供10.2 W的功率.     

利用酸性末端产物气相色谱分析判定产氢细菌

利用气相色谱分析液相末端产物，对于区分细菌类型和指导制氢反应器的启动运行都具有十分重要的意义．采用实验室配制的专用于分离厌氧发酵细菌的HPB-LR培养基，利用改进后的Hungate厌氧滚管技术和培养瓶平板法，从生物制氢反应器厌氧活性污泥中分离出3株具有代表性的产氢细菌，即R3、R120、RL37；还有一株非产氢细菌fuLl6．同时以乙醇型发酵混合茵作对比．对它们的酸性末端产物进行了气相色谱分析，结果表明，厌氧发酵反应器中的微生物发酵产物主要有乙醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和乳酸．发现3株产氢细菌的酸性末端产物中的乙醇、乙酸的分布占挥发酸总量比例可达99．0％～100．0％，为典型的乙醇型发酵；而分离到的1株非产氢菌RL16，其酸性末端产物的乙醇、乙酸之和的质量分数几乎相当于丙酸的质量分数，为丙酸型发酵；尽管产氢细菌和混合污泥存在着生理代谢上的差异，主导代谢类型没有发生改变，仍然为乙醇型代谢．可以得出结论，利用气相色谱分析从制氢反应器分离出的细菌培养物的液相末端产物，可以初步判断细菌的代谢类型．如果乙醇和乙酸占液相末端产物质量分数的95．0％～99．0％，可以认为该细菌是发酵产氢细菌。     

重油催化裂化反应工艺技术创新

重油催化裂化(FCC)工艺中,反应器内多相流动规律和精细数学描述是关键。基于湍流气固两相流理论和裂化反应集总动力学基础研究,详细描述和刻画FCC提升管反应器内流动传热过程及裂化反应历程,并创新性地提出以最大限度提高轻质油收率和生产清洁汽油为目标的催化裂化工艺的发展方向,应按照平行—顺序反应历程要求实现反应和转化过程的"分区调控",并根据烃分子"竞争吸附"和反应特性的差异匹配催化环境。     

重油催化裂化反应工艺技术创新

重油催化裂化(FCC)工艺中,反应器内多相流动规律和精细数学描述是关键。基于湍流气固两相流理论和裂化反应集总动力学基础研究,详细描述和刻画FCC提升管反应器内流动传热过程及裂化反应历程,并创新性地提出以最大限度提高轻质油收率和生产清洁汽油为目标的催化裂化工艺的发展方向,应按照平行—顺序反应历程要求实现反应和转化过程的"分区调控",并根据烃分子"竞争吸附"和反应特性的差异匹配催化环境。     

流化光催化反应器降解水中有机污染物

采用溶胶一凝胶结合CO2超临界干燥方法与浸渍法制得了颗粒型与薄膜型TiO2光催化剂，选择苯酚和苯胺为炼厂废水难降解污染物的模型物，通过流化光催化反应器与固定式光催化反应器考察了反应条件对苯酚、苯胺降解的影响．实验结果表明，溶胶—凝胶结合CO2超临界干燥方法有利于制很大比表面、大孔容、高活性TiO2催化剂，流化光催化反应器对苯酚、苯胺的降解效果要优于浆式反应器与固定式反应器，光催化方法适宜于对低浓度污染物废水的深度处理，优化反应条件有利于提高光催化效率．