楊斌蔗糖發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷能源轉(zhuǎn)換效率的

蔗糖發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷能源轉(zhuǎn)換效率的研究報(bào)告人：楊斌（碩士生）

導(dǎo)師:張無(wú)敵（研究員/博導(dǎo)）云南師范大學(xué)太陽(yáng)能研究所云南昆明2011年9月28日2011年中國(guó)沼氣學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨第八屆理事會(huì)第二次會(huì)議

1結(jié)果與分析

3引言

1材料和方法

2結(jié)論與討論

4沼氣發(fā)酵三階段

CH4和CO2

有機(jī)酸、醇、H2和CO2

水解階段

產(chǎn)甲烷階段

產(chǎn)氫產(chǎn)酸階段1引言72%來(lái)自乙酸代謝28%H2還原CO2形成（能量損失較大）乙酸、H2和CO2

發(fā)酵細(xì)菌的特點(diǎn)：繁殖速度快、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)等產(chǎn)甲烷細(xì)菌的特點(diǎn)：繁殖速度很慢、易受環(huán)境因素影響為滿足傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵順利進(jìn)行，需首先滿足產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)代謝條件，導(dǎo)致水解發(fā)酵階段基質(zhì)利用率低，使整個(gè)厭氧發(fā)酵過(guò)程能源生產(chǎn)效率降低。傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵不足酸化—甲烷化氫化—甲烷化提升整體厭氧處理的能源效率2材料與方法2.1材料2.1.1發(fā)酵原料：蔗糖。2.1.2接種物：本實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期馴化后的混合厭氧活性污泥，pH值為7.86。2.1.3pH調(diào)節(jié)液⑴30%NaOH溶液：稱(chēng)取30gNaOH，加70ml蒸餾水溶解。⑵6mol/LHCl溶液：取16ml濃鹽酸加水稀釋至100ml。圖1產(chǎn)氫階段裝置圖2.1.4實(shí)驗(yàn)裝置圖2產(chǎn)甲烷階段裝置圖

2.1.4實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)節(jié)pH實(shí)驗(yàn)組：接種物120ml+蔗糖10g+水=400ml對(duì)照組：接種物120ml+水=400ml。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組各設(shè)3個(gè)平行組，在30℃恒溫下進(jìn)行厭氧發(fā)酵調(diào)節(jié)pH至5.0發(fā)酵產(chǎn)氫調(diào)節(jié)pH至7.0發(fā)酵產(chǎn)甲烷2.2方法2.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)氣量pH值氣體含量有機(jī)酸積累量用排水集氣法收集氣體，每天定時(shí)記錄產(chǎn)氣量

.用pHS-3C精密酸度計(jì)每天定時(shí)測(cè)量記錄用奧氏氣體分析儀精確測(cè)量H2和CH4

含量揮發(fā)性脂肪酸總量的比色法測(cè)定

.蔗糖含量硫酸-蒽酮法2.2.2分析項(xiàng)目及方法E=式中E—原料的能能源轉(zhuǎn)換換效率，，%VH2—?dú)錃怏w積積（實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)定）），mlQH2—?dú)錃獾臒釤嶂担?2.86J/mlVCH4—甲烷體積積（實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)定）），mlQCH4—甲烷的熱熱值，35.822J/mlQSAC—蔗糖的燃燃燒熱值值，16490J/gm—蔗糖質(zhì)量量（實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)定）），g能源轉(zhuǎn)換換效率的的計(jì)算2.2.3數(shù)據(jù)處理理3結(jié)果與分分析3.1產(chǎn)氫階段段3.1.1日產(chǎn)氣量量圖3產(chǎn)氫階段段產(chǎn)氣曲曲線圖4產(chǎn)氫階段段pH值變化曲曲線3.1.2pH值有機(jī)酸含含量為3.6g圖5產(chǎn)氫階段段蔗糖含含量變化化曲線3.1.3蔗糖含量量蔗糖含量量為0.04g圖6產(chǎn)甲烷階階段產(chǎn)氣氣曲線3.2產(chǎn)甲烷階階段3.2.1日產(chǎn)氣量量項(xiàng)目總產(chǎn)氣量（ml）氣體含量（%）發(fā)酵時(shí)間（d）產(chǎn)氫階段總氣體3947—13氫氣208952.94甲烷59014.96產(chǎn)甲烷階段總氣體3540—20甲烷198756.13氫氣104129.40總產(chǎn)氣情況總氣體7487——?dú)錃?13041.81甲烷257734.423.3產(chǎn)氣情況況綜合分分析3.4蔗糖發(fā)酵酵產(chǎn)氫產(chǎn)產(chǎn)甲烷的的能源轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率率E=×100%E=×100%E=80.39%項(xiàng)目能源轉(zhuǎn)換效率/%產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷單獨(dú)產(chǎn)氫單獨(dú)產(chǎn)甲烷（沼氣發(fā)酵）3.5蔗糖不同同發(fā)酵過(guò)過(guò)程能源源轉(zhuǎn)換效效率的比比較29.1142.42(文獻(xiàn)值)80.394結(jié)論與討討論⑴通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)發(fā)酵環(huán)環(huán)境的pH，可以建建立“氫氫化—甲烷化””程序的的厭氧發(fā)發(fā)酵產(chǎn)能能系統(tǒng)；；⑵蔗糖發(fā)發(fā)酵產(chǎn)氫氫產(chǎn)甲烷烷的能源源轉(zhuǎn)換效效率達(dá)80.39%,分別別是是蔗蔗糖糖發(fā)發(fā)酵酵制制氫氫和和蔗蔗糖糖沼沼氣氣發(fā)發(fā)酵酵的的2.8倍和和1.9倍，，表表明明該該產(chǎn)產(chǎn)能能系系統(tǒng)統(tǒng)能能顯顯著著提提升升厭厭氧氧處處理理的的能能源源效效率率。。參考考文文獻(xiàn)獻(xiàn)[1]胡紀(jì)紀(jì)萃萃，，周周孟孟津津，，左左劍劍惡惡.廢水水厭厭氧氧生生物物處處理理理理論論與與技技術(shù)術(shù)[M].北京京：：中中國(guó)國(guó)建建筑筑工工業(yè)業(yè)出出版版社社，，2002.[2]張無(wú)無(wú)敵敵，，宋宋川川洪洪，，尹尹芳芳等等.沼氣氣發(fā)發(fā)酵酵與與綜綜合合利利用用[M].昆明明：：云云南南科科技技出出版版社社，，2004.[3]胡覺(jué)覺(jué)，，張張無(wú)無(wú)敵敵，，尹尹芳芳等等.紫莖莖澤澤蘭蘭產(chǎn)產(chǎn)氫氫產(chǎn)產(chǎn)甲甲烷烷聯(lián)聯(lián)合合發(fā)發(fā)酵酵的的研研究究[J].第二二屆屆全全國(guó)國(guó)研研究究生生生生物物質(zhì)質(zhì)能能研研討討會(huì)會(huì)，，2007，12:12-14.[4]夏明明星星，，白白術(shù)術(shù)杰杰，，張張向向宇宇.淺析析用用奧奧氏氏氣氣體體分分析析儀儀測(cè)測(cè)定定煤煤氣氣中中毒毒可可燃燃組組分分[J].科技技創(chuàng)創(chuàng)新新導(dǎo)導(dǎo)報(bào)報(bào)，，2008，10.[5]張敏敏.奧氏氏氣氣體體分分析析儀儀燃燃燒燒法法對(duì)對(duì)可可燃燃?xì)鈿獾牡姆址治鑫鯷J].高師師理理科科學(xué)學(xué)刊刊，，2008，28(6).[6]張慶慶紅紅，，馬馬梅梅芳芳.硫酸酸-蒽酮酮法法測(cè)測(cè)定定天天冬冬中中多多糖糖含含量量[J].中國(guó)國(guó)現(xiàn)現(xiàn)代代中中藥藥，，2008，10(8).[7]李慶慶林林.有機(jī)機(jī)垃垃圾圾厭厭氧氧發(fā)發(fā)酵酵過(guò)過(guò)程程性性能能預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)系系統(tǒng)統(tǒng)建建模模與與實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)證證[D].上海海：：上上海海交交通通大大學(xué)學(xué)，，2009:35-36.[8]袁振振宏宏，，吳吳創(chuàng)創(chuàng)之之，，馬馬隆隆龍龍等等.生物物質(zhì)質(zhì)能能利利用用原原理理與與技技術(shù)術(shù)[M].北京京:化學(xué)學(xué)工工業(yè)業(yè)出出版版社社，，2003.313-317.[9]趙琦琦.蔗糖糖催催化化燃燃燒燒的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)探探究究設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)[J].化學(xué)學(xué)教教育育，，2009，01.[10]邱郁郁安安，，張張紫紫英英，，蘇蘇莉莉娟娟等等.尋沼沼氣氣寶寶貝貝氫氫化化-甲烷烷化化程程序序厭厭氧氧發(fā)發(fā)酵酵產(chǎn)產(chǎn)能能系系統(tǒng)統(tǒng)之之建建立立..tw/files/15-1004-22105,c2423-1.php.2011-05-09[11]胡覺(jué)覺(jué).紫莖莖澤澤蘭蘭產(chǎn)產(chǎn)氫氫產(chǎn)產(chǎn)甲甲烷烷聯(lián)聯(lián)合合發(fā)發(fā)酵酵的的研研究究[D].昆明明：：云云南南師師范范大大學(xué)學(xué)，，2008.[12]尹芳芳，，胡胡覺(jué)覺(jué)，，張張無(wú)無(wú)敵敵等等.紫莖莖澤澤蘭蘭產(chǎn)產(chǎn)氫氫產(chǎn)產(chǎn)甲甲烷烷聯(lián)聯(lián)合合發(fā)發(fā)酵酵的的研研究究[J].科學(xué)學(xué)通通報(bào)報(bào)，，2010，55(36)：3469-3476.[13]BinfeiXie,JunCheng,JunhuZhou,etal.Cogenerationofhydrogenandmethanefromglucosetoimprovetheenergyconversionefficiency[J].InternationalJournalofHydrogenEne