餐厨垃圾发酵生物制氢研究进展
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文章编号:1006-4184(2008)02-0014-04收稿日期:2007-10-15作者简介:蒋志城(1978-),男,讲师,在读硕士生,主要研究方向:生物化工。
技术进展生物发酵制氢技术的研究及进展蒋志城1,2(1.浙江工业大学,浙江杭州310014;2.杭州职业技术学院,浙江杭州310018)摘要:生物制氢技术具有无污染、成本低、可再生等优点,生物制氢在新能源的研究利用中占有日趋重要的位置。
本文概述了国内生物制氢技术研究的现状。
对厌氧发酵制氢的影响因素进行了阐述。
对生物制氢技术当前存在的问题进行了探讨,并对未来发展进行了展望。
关键词:生物制氢;发酵;生物能源随着世界经济的快速发展和人口的迅速增加,大量开采和使用矿物能源带来的能源短缺和环境污染问题,已促使人类更多地关注对可再生能源和清洁能源的开发和利用。
寻找新的可替代能源和开发可再生能源体系是实现社会可持续发展的必然选择。
氢气是一种清洁、高效的能源,有着广泛的工业用途,潜力巨大,制氢的研究逐渐成为人们关注的热点,但将其他物质转化为氢并不容易。
新兴的生物制氢法是利用某些微生物以有机物为基质产生氢气的一种制氢方法,由于该方法可以在降解有机物的同时产生氢气,来源丰富,价格低廉,将可再生资源利用、污染治理和制氢联合进行,被认为是最具潜力的氢能生产技术之一,因此,已成为目前的研究热点。
生物制氢过程可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢两大类。
其中,前者所利用的微生物为厌氧光合细菌(及某些藻类),后者利用的则为厌氧化能异养菌。
与光合制氢相比,发酵制氢过程具有微生物比产氢速率高、不受光照时间限制、可利用的有机物范围广、工艺简单等优点。
因此,在生物制氢方法中,厌氧发酵制氢法更具有发展潜力。
1国内生物制氢发展情况生物制氢技术研究在我国发展较晚,但进展迅速,无论是光解生物制氢技术还是发酵法生物制氢技术,其研究成果均己达到国际水平。
1979年,成都生物研究所的刘克鑫、徐洁泉[1]等在沼气发酵污泥的富集培养物中加入薯芋粉完全抑制了产甲烷,转而产氢气,并从中分离出了24株产氢细菌。
国内外餐厨垃圾的生物处理及资源化技术进展一、概述随着全球城市化的快速发展和人民生活水平的提高,餐厨垃圾的产生量呈现出快速增长的趋势。
这些垃圾若不得当处理,不仅会对环境造成污染,还会浪费大量的资源。
寻求高效、环保的餐厨垃圾处理与资源化技术成为了全球关注的焦点。
近年来,生物处理技术在餐厨垃圾处理领域的应用日益广泛,通过厌氧消化、好氧堆肥、黑水虻生物处理等方式,实现了餐厨垃圾的高效降解和资源化利用。
本文将重点介绍国内外餐厨垃圾的生物处理及资源化技术进展,以期为相关领域的研究和实践提供借鉴和参考。
1. 餐厨垃圾的定义与分类餐厨垃圾,亦被称为食物垃圾或有机垃圾,是指日常生活中产生的易腐烂、易变质发臭的废弃物。
这些废弃物主要源于家庭、餐馆、饭店、单位食堂等场所的食物残余和食品加工过程中产生的垃圾。
在住建部2012年底发布的《餐厨垃圾处理技术规范》中,餐厨垃圾被定义为餐饮垃圾和厨余垃圾的总称。
餐饮垃圾主要来源于餐馆、饭店、单位食堂等餐饮场所的饮食剩余物以及后厨的果蔬、肉食、油脂、面点等的加工过程废弃物。
这类垃圾以餐后垃圾为主,具有产生量大、来源多、分布广的特点。
厨余垃圾则主要源于家庭日常生活中的果蔬及食物下脚料、剩菜剩饭、瓜果皮等易腐有机垃圾。
这类垃圾以餐前垃圾为主,油脂含量上略不及餐饮垃圾。
按照更详细的分类,餐厨垃圾可分为家庭餐厨垃圾和餐饮服务单位餐厨垃圾。
家庭餐厨垃圾主要包括剩菜剩饭、菜梗菜叶、动物内脏、瓜果皮核、米面粗粮、豆制品、水产食品(如鱼、虾、蟹、小龙虾等)、碎骨、汤渣、糕饼、糖果、风干食品、茶叶渣、咖啡渣、中药渣、宠物饲料、水培植物、鲜花等。
而餐饮服务单位餐厨垃圾则主要包括食物残渣、残液、废弃油脂等。
餐厨垃圾的处理和资源化利用,对于减少环境污染、推动循环经济和可持续发展具有重要意义。
研究和推广餐厨垃圾的生物处理及资源化技术,是当前环境保护和资源管理领域的重要课题。
2. 餐厨垃圾处理的重要性与紧迫性餐厨垃圾,也被称为食物残渣或泔脚,主要来源于餐饮行业、家庭厨房以及食品加工业等。
利用废弃物发酵制备生物氢气的研究进展摘要:利用废弃物发酵产氢,不仅能有效的处理污染物,缓解环境压力,而且能够得到清洁的氢气能源。
本文综述了国内外利用废弃物生物发酵产氢研究现状与方法,并对其发展前景进行展望。
关键词:生物制氢,方法,研究进展,废弃物利用当今制氢技术主要是物理化学方法和生物方法, 其中化学方法包括:(1) 化石燃料制氢,包括天然气的重组、天然气的热裂解、石脑油等碳氢化合物的部分氧化以及煤的气化等;(2)水的电解、光解、热化学分解和直接热分解等;(3)新型的光催化剂和超声波分解水法等,但这些方法都存在着耗能大、效率低等问题,而生物制氢技术与之相比,具有清洁、节能和不消耗矿物资源等突出优点[1]。
生物制氢[2]是把自然界储存于有机化合物(如植物中的碳水化合物、蛋白质等)中的能量通过高效产氢细菌的作用,转化为氢气。
废气物发酵产氢就是利用某些微生物代谢过程来生产氢气的一项生物工程技术。
由于所用原料可以是有机废水,城市垃圾或者生物质,来源丰富,价格低廉。
其生产过程清洁、节能,且不消耗矿物资源,而且能有效降解污染物,因此生物制氢正越来越受到人们的关注。
1 生物产氢的发展生物制氢想法最先是由lewis于1966年提出的[3,4],20世纪70年代能源危机引起了人们对生物制氢的关注,并开始进行研究。
到了90年代,人们更加清醒的认识到可持续发展战略的重大意义。
目前生物产氢的方法按照机理一般可以分为三大类:藻类和蓝细菌水光解;厌氧发酵产氢;光合细菌光发酵产氢。
2 废弃物生物制氢的方法选择废弃物作为生物制氢原料的主要标准在于:1.碳水化合物的含量较高;2.资源丰富且廉价;3. 具有较高的能量转化率等。
目前,生物发酵产氢的研究中所利用的基质非常广泛我们将归纳几种可行的废弃物种类。
2.1利用污水处理厂的剩余污泥剩余活性污泥是城市污水生物处理过程中产生的副产物。
它的处理与处置问题日益受到关注。
剩余污泥中含有丰富的有机物质如蛋白质、多糖类和脂肪类等, 将这些有机物转化为可利用的能源是一种资源回收利用的有效途径。
发酵生物制氢研究进展邢新会,张 (清华大学 化学工程系生物化工研究所,北京100084)摘 要:综述了近年来发酵生物制氢领域的研究进展。
在菌种方面,除了对现有产氢菌种的深入研究外,还采用生物学,分子生物学及生物信息学手段建立产氢菌种库;在氢酶的研究方面,已逐步从基因确定、功能研究拓展到基因工程构建高效产氢菌研究;而在与废弃生物质处理相结合的反应过程方面,研究主要集中在利用不同种类的废弃物的产氢和高效产氢反应器上。
此外,还初步总结了目前对发酵制氢可行性和经济性的评价,并对其发展方向提出了新的看法。
关键词:生物制氢;暗发酵;菌种;氢酶;反应器中图分类号:TQ116.29 文献标识码:A 文章编号:1672-3678(2005)01-0001-08Research progress in dark microbial fermentation for bio -hydrogen productionXING Xin -hui ,ZHANG Chong(Depart ment of Chemical Engineering ,Tsin ghua University ,Beijing 100084,China )A bstract :Hydrogen deriving from bio -wastes or unused biomass is one of the most promising alternative energy carrier as a sustainable technology in the future .Dark microbial fer mentation for the conversion of biomass tobiohydrogen has being paid much attention in the world for its advantages of high hydrogen production rate ,fea -sibility in the reactor design and process c ontrol ,and possibility in integration with waste treatment .Pr ogresses in dar k fermentation for bio -hydrogen production achieved in recent years were reviewed in the present pa -per .In addition to the deeper understanding of the traditional hydrogen -producing bacteria ,tools of modern bio -technology and bioinformatics were gradually adopted for the construction of the database of hydrogen -producing bacteria .In the respect of hydrogenase ,not only were the related gene identification and the functional analysis important ,but also was genetic engineering for improving hydrogenase paid attention .Concerning the combina -tion of biohydrogen pr oduction with the waste treatment ,many studies had focused on the effects of operating conditions and process optimization .Various wastes had been used for hydr ogen conversion and a series of bio -reactors been designed .In addition ,the feasibility and economic evaluation of the existing bio -hydr ogen process was also discussed in the paper .Finally ,new appr oach for bio -hydrogen in the dark fer mentation was indicated .Key words :bio -hydrogen ;biomass ;dark fer mentation ;hydrogenase ;bioreactor 18世纪工业革命以来建立的化石能源体系正面临着两大挑战:第一、化石能源储量日益减小,面临着枯竭的危险;第二、由使用化石能源带来的温室效应、酸雨、粉尘污染等一系列环境问题日益严峻。
生物制氢技术现状及其发展潜力
生物制氢技术是一种利用微生物代谢产生氢气的技术,其主要原理是通过微生物的代谢过程,将有机物质转化为氢气和二氧化碳等产物。
生物制氢技术具有环保、可持续、低成本等优点,因此备受关注。
下面将从现状和发展潜力两个方面进行阐述。
一、现状
目前,生物制氢技术已经得到了广泛的研究和应用。
在微生物方面,利用厌氧细菌、光合细菌、蓝藻等微生物进行生物制氢已经成为了研究的热点。
在反应器方面,传统的反应器包括连续式、批式、半连续式等,而近年来,微型反应器、膜反应器等新型反应器也被广泛应用。
在生产方面,生物制氢技术已经被应用于废弃物处理、生物质能源开发等领域。
二、发展潜力
尽管生物制氢技术已经取得了一定的进展,但是仍然存在着一些挑战和问题。
首先,微生物的生长速度和产氢能力需要进一步提高。
其次,反应器的设计和优化需要更加精细化,以提高反应器的效率和稳定性。
此外,生产成本也需要进一步降低,以提高生物制氢技术的经济性。
为了解决这些问题,未来的研究方向主要包括以下几个方面:
1. 微生物优化:通过基因工程等手段,改良微生物的代谢途径,提高其产氢能力和生长速度。
2. 反应器设计:开发新型反应器,如微型反应器、膜反应器等,以提高反应器的效率和稳定性。
3. 催化剂研究:开发新型催化剂,以提高反应速率和选择性。
4. 生产成本降低:通过废弃物利用、生物质能源开发等方式,降低生产成本,提高生物制氢技术的经济性。
总之,生物制氢技术具有广阔的发展前景,未来的研究和应用将会更加广泛和深入。
一、引言在当前全球能源形势严峻的背景下,生物质制氢技术作为一种可持续发展的新型能源技术备受关注。
本文将对生物质制氢技术的研究现状和展望进行深入探讨,帮助读者全面了解这一领域的进展。
二、生物质制氢技术概述生物质是指植物在生长过程中固定的光能,可以通过热化学和生物化学方法转化为燃料、化学品等有机化合物。
生物质制氢技术是利用生物质资源生产氢燃料的技术,其优势在于可再生、低碳排放和资源广泛。
随着能源危机和环境污染问题的日益突出,生物质制氢技术受到了广泛关注。
三、生物质制氢技术的研究现状1. 生物质气化制氢技术生物质气化是将生物质物质在高温条件下进行分解,生成一氧化碳、氢气等气体。
通过气化反应,可将生物质转化为合成气,再通过水煤气变换反应制备氢气。
目前,生物质气化制氢技术在实验室和工业化生产中取得了一定进展。
2. 微生物发酵制氢技术生物质可通过微生物发酵产生氢气,这是一种相对环保的生产方法。
随着生物技术的发展,一些特殊菌株的应用使得生物质发酵制氢技术逐渐成熟。
生物质发酵制氢技术在实验室阶段已取得了较好的效果,但在工业化应用中还存在一定的技术难题。
3. 生物质光解制氢技术生物质光解制氢技术利用太阳能作为能源,将生物质中的水分子分解为氢气和氧气。
这是一种潜在的清洁能源制备方式,其研究目前处于实验室阶段,尚未进行工业化应用。
四、生物质制氢技术的展望生物质制氢技术具有巨大的发展潜力,但在实际应用中仍然存在许多挑战。
首先是生物质资源的可持续供应问题,需要建立可持续的生物质供应链;其次是高效的氢气生产技术,需要进一步提高生产效率和降低成本;最后是氢气的应用技术,需要配套发展氢燃料电池等技术。
个人观点与理解生物质制氢技术是未来能源发展的重要方向,具有可持续发展和环境友好的特点。
我认为,在今后的研究中,应当优先考虑改进氢气生产技术,并加大对生物质资源可持续利用和环境友好性的研究。
需要政府、企业和科研机构的共同努力,推动生物质制氢技术的实际应用和商业化。
利用生物质还原制氢技术的研究进展在追求更清洁的新能源的同时,氢能源逐渐受到人们的关注。
而生物质还原制氢技术作为一种绿色可再生的氢能源制备方法,在近年来得到了越来越广泛的研究。
一、生物质还原制氢技术的定义及分类生物质还原制氢技术是指在生物过程中利用特定的微生物将有机废弃物或有机物质转化为氢气的过程。
从反应过程中有机物的来源可以分为四种类型:类纤维素质(如木质素和纤维素)、蛋白质质、淀粉质和脂肪质。
生物质还原制氢技术主要分为两大类——混合微生物发酵和纯培养物发酵。
混合微生物发酵即是用不同的微生物群发酵生物质制备氢气,此类反应的转化效率未必高。
而纯培养物发酵指用已纯化的一种微生物群体发酵生物质制氢,反应条件相对更为严格,但氢气产量和转化效率一般较高。
二、生物质还原制氢技术的优势利用生物质还原制氢技术制备氢气的过程中,相对于传统制氢技术,生物质还原制氢技术还具有很多的优势。
1. 可持续生物质资源广泛且可再生,与石油,煤炭等资源相比较之下,生物质还原制氢技术所利用的原料更为可持续。
2. 无公害在反应过程中,很少会产生其他有害的化学物质,反应后产物主要为氢气、二氧化碳和氮气等生物无害物质。
3. 高效历史上氢气的制取主要依靠传统的化学方法,而此类方式反应效率低下,制氢成本高。
而采用生物质还原制氢技术可以提高氢气转化的效率,同时从废弃物中过滤出有用的物质,从而得到更大的经济利益。
三、生物质还原制氢技术研究现状自20世纪90年代开始,生物质还原制氢技术的研究逐渐发展,目前已进入实际应用阶段。
当前这项技术的研究主要集中在以下几个方面:1. 微生物富集和筛选由于不同的微生物有选择性对不同的有机物反应,因此需要通过筛选适用的微生物的方法来保证反应效果。
多数学者通过市场化酿造公司购买到的微生物起到了发掘出种系的作用。
2. 电极接头优化在生物质还原制氢技术中,不仅需要控制反应条件,还需要对电极接头的结构进行优化,以确保反应具有一定的稳定性。
第17卷第6期2017年2月科学技术与工程Vol. 17 No. 6 Feb. 2017 1671 —1815(2017)06-0188-09 Science Technology and Engineering ©2017 Sci. Tech. Engrg.能源与动力工程餐厨垃圾两相厌氧发酵技术研究和应用进展刘建伟何岩(北京建筑大学北京市可持续城市排水系统构建与风险控制工程技术研究中心,北京应对气候变化研究和人才培养基地,环境与能源工程学院,北京100044)摘要近年来,我国餐厨垃圾产生量逐年增加,其无害化、减量化和资源化处理越来越受到人们的重视。
两相厌氧发酵因 其将水解酸化阶段和产甲烷阶段分离,克服了单相厌氧发酵易酸化、运行不稳定等问题,正逐渐成为餐厨垃圾资源化处理的 重要选择。
综述了餐厨垃圾两相厌氧发酵工艺的控制参数、发酵原料和反应器等方面的最新研究和应用进展,总结了该工艺 在研究和应用中存在的一些问题,展望了两相厌氧发酵用于餐厨垃圾处理的发展前景。
关键词餐厨垃圾 两相厌氧发酵 研究进展中图法分类号X705; 文献标志码A餐厨垃圾是指“饭店、宾馆、企事业单位食堂、食品加工厂、家庭等加工、消费食物过程中形成的残 羹剩饭、过期食品、下脚料、废物等废弃物。
包括家 庭厨余垃圾、市场丢弃的食品和蔬菜垃圾、食品厂丢 弃的过期食品和餐饮垃圾等”[1]。
餐厨垃圾的主要特点是含水率高,富含有机物,高油脂,容易发酵、变质、腐烂。
这些特点不仅使其 容易滋生病原微生物,产生大量病毒,还会散发恶臭 气体[2_4]。
如果不妥善处理,会严重影响环境卫生 和人类健康。
据统计,我国城市餐厨垃圾每年的产 生量约为6 x l O7t,并呈现快速增长趋势[5]。
其中 北京,上海,广州,深圳等大城市的餐厨垃圾日产生 量均已超过了 1 〇〇〇t[6]。
经调查,中型酒店每天可 产生400 k g餐厨垃圾。
我国城镇人口每人每天可 产生餐厨垃圾0.1 kg。
厨余与污泥联合厌氧发酵制氢研究的开题报告
一、研究背景
随着全球经济的发展和人口的增长,城市污水处理厂的废弃物日益增多,其中包括厨房废弃物和污泥等生物质。
这些生物质是一种有价值的资源,可以通过发酵和厌
氧反应生产出高品质的清洁能源,如氢气。
相较于传统的燃油,氢气具有高能量密度、无污染、可再生等优势。
因此,利用厨房废弃物和污泥联合发酵制氢成为了一种具有
广阔应用前景的研究领域。
二、研究目的
本研究旨在探究厨房废弃物和污泥联合发酵制氢的工艺及其优化控制参数,为清洁能源的生产提供一定的理论和实践基础。
三、研究内容
1、收集厨房废弃物和污泥等纤维素和质量比例适宜的生物质。
2、制备合适的发酵基质,包括添加剂、pH值等。
3、在恰当的压力、温度和细菌发酵条件下,进行厨房废弃物和污泥联合发酵制
氢实验。
4、优化反应条件,如反应时间、pH值、压力、菌落最适生长温度、搅拌速度等,以提高氢气产量和纯度。
5、通过GC-TCD等技术手段对反应产生的氢气进行分析和检测,了解制氢效率。
四、研究意义
厨房废弃物和污泥联合发酵制氢是一种新型清洁能源的生产途径,具有广阔的应用前景。
本研究的开展,不仅可以对制氢反应过程及其工艺参数进行优化调控,提高
氢气产量和品质,同时也可以在废弃物的再利用、减少污染、节约能源方面起到重要
作用。
餐厨垃圾厌氧发酵制氢残留物连续沼气发酵研究张国华;张志红;黄江丽;王东升;丁建南【摘要】餐厨垃圾中有机物含量高,利用餐厨垃圾厌氧发酵制备氢气后残留物中含有丰富的低级脂肪酸、醇类等. 从接种产甲烷菌和pH调节角度,利用餐厨垃圾厌氧发酵制备氢气后的残留物研究连续沼气发酵,提高餐厨垃圾资源利用率. 结果表明,在接种产甲烷菌和调节发酵体系pH>7的条件下,餐厨垃圾厌氧发酵制备氢气后的残留物能够连续沼气发酵. 接种以新鲜沼渣为产甲烷菌来源的沼气发酵比以厌氧活性污泥为产甲烷菌种来源的沼气发酵产气效果好.%Kitchen waste contents high organic matter, and abundant of low-level fatty acids, alco-hols,etc. exist in the residues after using kitchen waste preparation for hydrogen by anaerobic fer-mentation. This paper studied the feasibility of continue to produce methane by anaerobic fermenta-tion of hydrogen production residues from inoculate methane bacteria and pH,which hope to improve the utilization of kitchen waste resources. The results show that, under the conditions of pH>7 and inoculated methane bacteria in the anaerobic fermentation system,it can continue to produce methane use the hydrogen production residues by anaerobic fermentation,and it is better of produce biogas by inoculated with fresh biogas residues as methane bacteria in anaerobic fermentation than inoculated with anaerobic activated sludge as methane bacteria.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2015(033)005【总页数】4页(P721-724)【关键词】餐厨垃圾;厌氧发酵;制氢残留物;沼气【作者】张国华;张志红;黄江丽;王东升;丁建南【作者单位】江西省科学院生物资源研究所,330029,南昌;江西省科学院生物资源研究所,330029,南昌;江西省科学院生物资源研究所,330029,南昌;江西省科学院生物资源研究所,330029,南昌;江西省科学院生物资源研究所,330029,南昌【正文语种】中文【中图分类】X705当前,能源问题已成为世界性的难题。