4.生物制氢2

三、厌氧折流板反应器（ABR）
ABR反应器是美国 Stanford大学 的Bachmann教授等在厌氧生物转盘反 应器的基础上改进开发出来的一种新 型高效厌氧反应器。通过废水的上下 折流及降解过程中的产气作用，使得 基质与污泥的接触机会及接触时间增 多，提高了反应器的处理效率。
三、厌氧折流板反应器（ABR）
b、处理高浓度废水时，其产气对促进泥水混合的作用占主导地位， 因而对上升流速的控制范围较宽，且可在很低的Vs下运行。故对高 浓度废水，建议采用较长的HRT，以防止因产气作用而造成的污泥流 失，否则须加装填料以减少污泥流失。
三、厌氧折流板反应器（ABR）
3、ABR工艺操作条件的选择 水 力 停 留 时 间 回 流 分 段 进 水 PH 值
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2018/9/27
三、厌氧折流板反应器（ABR）
水力停留时间是控制ABR反应器运行的主要参数， 它直接影响了ABR中的COD去除率。
a、对于低浓度废水，建议采用较短的HRT，以增强传质效果，促进水 流混合，缓解反应器后部污泥基质不足的问题。但HRT不宜过短，过 短的HRT容易造成沟流现象，不仅影响处理效果，而且会使污泥流失。
1、工作原理
在反应器内设置一系列垂直的折流挡板使废水 在反应器内沿折流板上下折流运动，依次通过每个 格室的污泥床直至出口。在此过程中，废水中的有 机物与厌氧活性污泥充分接触而逐步得到去除。虽 然在构造上ABR可以看作是多个UASB反应器的简单 串联，但工艺上与单个UASB有显著不同。
三、厌氧折流板反应器（ABR）
三、厌氧折流板反应器（ABR）
当进水COD浓度、进水流量发生变化时,都会对发酵产氢系统造成 冲击.由于CSTR的混合液是均匀的,其抵抗能力基本来自混合液对进 水的稀释作用,很容易引起系统内环境条件的变化，因而会造成产氢 速率的变化。而ABR系统第一格室的污泥床中聚集了悬浮的高密度微 生物絮体，它们与格室内环境相互作用，当水质变化时，该系统可 以通过内平衡机制维持其稳定性，并且第1格室的缓冲作用，保障了 第2、3格室的稳定运行。

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微生物课程论文
探索生物质新能源之微生物制氢技术
子产生的甲酸可以通过铁氧还原蛋白和氢酶生成二氧化碳和氢气。
而辅酶Ⅰ的氧化与还原平衡调节产氢则是在碳水化合物发酵过程中，经ＥＭ Ｐ途径产生的 NADPH 和氢离子可以通过与一定比例的丙酸、丁酸、乙醇和乳酸 等发酵过程相偶联而氧化为 NADPˉ，以保证代谢过程中的 NADPH/NADP+的 平衡，因而可以分为丁酸型发酵和乙醇型发酵。发酵细菌可以通过释放氢气的形 式实现 NADPH 与 NADP+之间转化，这种转化在标准状况下不会自发进行，但 在ＮＡＤＰ－铁氧还原蛋白及铁氧还原蛋白酶作用下能够进行，反应式是： NADPH+H+→H2+NADP+。
许多光合细菌在黑暗条件下可以通过厌氧发酵产氢。 4.1.2厌氧发酵产氢机理
发酵产氢微生物可以在发酵过程中分解有机物产生氢气，包括梭菌属、固氮 菌属、肠杆菌属、鱼腥蓝细菌属、甲烷球菌属等。发酵产氢分为直接产氢的丙酮 酸脱羧产氢和辅酶Ⅰ的氧化与还原平衡调节产氢两类。
丙酮酸脱羧作用分为两种方式：第一种是丙酮酸首先在丙酮酸脱羧酶的作用 下脱羧形成硫胺素焦磷酸-酶的复合物，同时将电子转移给还原态的铁氧还原蛋 白然后在氢酶的作用下重新氧化成氧化态的铁氧还原蛋白，产生分子氢；第二种 是通过甲酸裂解的途径产氢，丙酮酸脱羧后的甲酸及厌氧环境中二氧化碳和氢离
2 关于生物质能源
生物质指所有的动、植物和微生物，是通过光合作用而形成的各种生命有机 体。生物质能源，就是贮存在生物质中的以其为载体的能量。它直接或间接来源 于植物的光合作用，可转化为固态、液态 和气态燃料，取之不尽、用之不竭、 可再生。生物质能来源于太阳，所以， 从广义上讲，生物质能是太阳能的一种 存在形式。

生物制氢有良好的发展前景，[H]在产氢酶的作用下可以产生H2，产氢酶对O2敏感。

下面是利用生物制H2的两种方法。

(1)绿藻在光照条件下产生[H]的场所是__________________________________，有氧呼吸产生的
[H]的功能是______________________________________。

绿藻产H2会导致其生长不良，请从光合作用物质转化的角度分析其原因：__________________________________________________ _。

(2)与绿藻在光照条件下产生H2相比，一些厌氧微生物在黑暗环境下，能将多种有机物发酵成各种有机酸，同时产生大量的H2。

与绿藻制氢方法相比，这种方法制H2的优点是：___ ________________________________（答两点）。

厌氧微生物的无氧呼吸过程也会影响产氢酶的活性，使氢产量降低，其原因可能是：____________
答案：
细胞质基质、线粒体、叶绿体还原氧气，生产水，并释放大量的能量绿藻光反应产生的[H]转变成H2，使参与暗反应[H]的减少，有机物生产量减少不受光照条件限制、避免了氧气的干扰、产气量大厌氧菌无氧呼吸产生有机酸，导致溶液PH降低，影响产氢酶的活性。

(3)氧化还原电位
(4)金属离子
金属离子能对氢酶的结构
和功能产生影响,从而影响产氢 发酵细菌的产氢能力。也是影
任南琪教授等人经过系统 的研究提出,pH值和氧化还原电
位对产氢发酵微生物的发酵产
物组成有重要影响,是影响产酸 发酵类型的限制性生态因子。
响产酸发酵菌生长与发育的重
要的生态因子。
金属离子影响因子的研究：
实验装置：主体设备为生物制氢模型反应器，反应器的有效容积9.6L, 沉淀区为5.4L，采用将电热丝缠绕在反应器外壁上的方式加热保温， 温度控制在35℃左右，上下浮动不超过1 ℃。
实验用底物：采用甜菜制糖厂的废糖蜜，反应器进水配置中添 加少量的N、P肥料，COD:N:P=500：5:1.
乙醇型发酵菌群的产氢能力 本实验中,乙醇型发酵菌群发生并达到稳定的pH值在4.0~4.5之间,稳定
如图是对丁酸型发酵 菌群产气能力和产氢 能力的测试结果。实 验结果表明,在实验条 件下,丁酸型发酵菌群 的产气能力和产氢能 力要比乙醇型发酵菌 群低,平均为2.19 mol/kg vss· d,最高产 气能力为2.74 mol/kg vss· d。而产氢能力平 均为0.57mol/kg vss· d,最高产氢能力 达到0.77mol/kg vss· d。
人们利用一些微生物载体,对产氢细菌的细胞固定化技术进
行了一系列的研究。
限制因素 细胞固定化技术的使用,使反应系统的产氢速率和运行稳定性 有了很大提高。但是,固定化技术的复杂性、巨大的工作量以及高
昂的制氢成本决定了该技术的应用只能局限于小型的实验室研究,
无法实现大规模的工业化生产,而且作为固定化载体的基质会占据 反应器内大量的有效空间,反应器产氢率的进一步提高会由于生物