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1、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
2、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
3、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
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.
5、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
6、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
7、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,
