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能源开发已上升为各国国家发展战略,大力发展再生能源是能源开发最有效的途径之一。氢气作为洁净高效和可以再生的二次能源而倍受关注。人们预言,氢气将成为本世纪最理想的清洁绿色能源,是极有前途的化石燃料替代品。本文以我国资源丰富的苹果加工下脚料——苹果渣为原料,采用厌氧顺序发酵法不但制备了氢气,而且以苹果渣产氢未端产物进一步发酵制备甲烷,对于推动生物质能源技术开发、资源的综合利用和环境保护等具有积极地意义。
(1)以预处理后的活性污泥为产氢菌源,研究酸处理、碱处理和热处理等方法对活性污泥的预处理效果,表明碱处理法为苹果渣发酵最佳的活性污泥预处理法,碱处理的pH为11,处理时间为1.5h,在此条件下,活性污泥发酵苹果渣累计产氢量达到16.8mL/gTS(TS:total solid,总固形物)。
(2)苹果渣液态厌氧发酵制备氢气的最佳条件为:发酵温度为35±2℃,预处理后的活性污泥与苹果渣比率为0.4,初始pH值8.5,发酵液浓度0.125g/mL,在此条件下,苹果渣产氢率达到19.29 mL/gTS。
(3)首次进行了低强度超声波辅助苹果渣厌氧发酵制氢试验,发现超声波对苹果渣厌氧发酵制氢有显著的促进效果。超声波强度为10W、20W、30W、40W、50W时,最佳的超声波施加时间分别为6h、4h、3h、3h和1h,累计产氢率分别达到30.32mL/gTS、32.25 mL/gTS、29.43 mL/gTS、26.94 mL/gTS和24.43mL/TS,比对照分别提高57.18％、67.19％、52.57％、39.66％、26.65％。
(4)苹果渣固态厌氧发酵制备氢气的最佳条件为:苹果渣粉碎至2000um,在浓度为1％的NaOH溶液中浸泡2h后,调整PH至中性；麸皮和加水量质量比例为苹果渣(w):麸皮(w):水(w)=4:1:25,发酵温度35±2℃。在此条件下,苹果渣厌氧发酵氢气得率达到16.47mL/gTS。
(5)苹果渣制氢末端产物进一步5L发酵罐厌氧发酵制备甲烷的最佳条件为:以活性污泥为菌源,发酵温度35±2℃,底物(苹果渣制氢末端产物)与菌种(活性污泥)质量比为20,底物浓度为O.05mg/mL,底物每日置换量400mL,也就是底物每日置换量12.5％时,甲烷产率高且稳定。