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1、蔗糖发酵产氢产甲烷蔗糖发酵产氢产甲烷能源转换效率的研究能源转换效率的研究报报报报 告告告告 人：杨人：杨人：杨人：杨 斌（硕士生）斌（硕士生）斌（硕士生）斌（硕士生）导导导导 师师师师:张无敌（研究员张无敌（研究员张无敌（研究员张无敌（研究员/博导）博导）博导）博导）云南师范大学太阳能研究所云南师范大学太阳能研究所云南师范大学太阳能研究所云南师范大学太阳能研究所 云南云南云南云南 昆明昆明昆明昆明20112011年年年年9 9月月月月2828日日日日2011年中国沼气学会学术年会暨第八届理事会第二次会议 1结果与分析结果与分析 3引言引言 1材料和方法材料和方法 2 结论与讨论结论与讨论 4沼
2、气发酵三沼气发酵三阶段阶段 CH4和和CO2 有机酸、醇、有机酸、醇、H2和和CO2 水解阶水解阶段段 产甲烷产甲烷阶段阶段 产氢产产氢产酸阶段酸阶段1 引言引言72%来自乙酸代谢来自乙酸代谢28%H2还原还原CO2形成形成（能量损失较大）（能量损失较大）乙酸、乙酸、H2和和CO2 发酵细菌的特点：发酵细菌的特点：繁殖速度快、对环境的适应性繁殖速度快、对环境的适应性很强等很强等产甲烷细菌的特点：产甲烷细菌的特点：繁殖速度很慢、繁殖速度很慢、易受环境因素影响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
3、用烷菌生长代谢条件，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。率低，使整个厌氧发酵过程能源生产效率降低。传统厌氧传统厌氧发酵不足发酵不足酸化酸化甲烷化甲烷化氢化氢化甲烷化甲烷化提升整体厌氧处理的能源效率提升整体厌氧处理的能源效率2 材料与方法材料与方法2.1 材料材料2.1.1 发酵原料发酵原料：蔗糖。：蔗糖。2.1.2 接种物接种物：本实验室长期驯化后的混合厌氧活性污泥，：本实验室长期驯化后的混合厌氧活性污泥，pH值为值为7.86。2.1.3 pH调节液调节液30%NaOH溶液：称取溶液：称取30gNaOH，加，加70ml蒸馏水溶解。蒸馏水溶解。6mol/L HCl溶
4、液：取溶液：取16ml浓盐酸加水稀释至浓盐酸加水稀释至100ml。图图1 产氢阶段装置图产氢阶段装置图2.1.4 实验装置实验装置图图2 产甲烷阶段装置图产甲烷阶段装置图 2.1.4 实验装置实验装置调节调节pHpH实验组：接种物实验组：接种物120ml+蔗糖蔗糖10g+水水=400ml对照组：接种物对照组：接种物120ml+水水=400ml。实验组和对照组各设实验组和对照组各设3个平行组，在个平行组，在30恒恒温下进行厌氧发酵温下进行厌氧发酵调节调节pHpH至至5.05.0发酵产发酵产氢氢调节调节pHpH至至7.07.0发酵产发酵产甲烷甲烷2.2 方法方法2.2.1 实验设计实验设计产气量产
5、气量pH值值气体含气体含量量有机酸有机酸积累量积累量用排水集用排水集气法收集气法收集气体，每气体，每天定时记天定时记录产气量录产气量 .用用pHS-3C精密精密酸度计每酸度计每天定时测天定时测量记录量记录用奥氏气用奥氏气体分析仪体分析仪精确测量精确测量H2和和CH4 含量含量挥发性脂肪挥发性脂肪酸总量的比酸总量的比色法测定色法测定 .蔗糖含蔗糖含量量硫酸硫酸-蒽酮蒽酮法法2.2.2 分析项目及方法分析项目及方法E=式中式中 E原料的能源转换效率，原料的能源转换效率，%VH2氢气体积（实验测定），氢气体积（实验测定），ml QH2氢气的热值，氢气的热值，12.86J/ml VCH4甲烷体积（实验
6、测定），甲烷体积（实验测定），ml QCH4甲烷的热值，甲烷的热值，35.822J/ml QSAC蔗糖的燃烧热值，蔗糖的燃烧热值，16490J/g m蔗糖质量（实验测定），蔗糖质量（实验测定），gl能源转换效率的计算能源转换效率的计算2.2.3 数据处理数据处理3 结果与分析结果与分析3.1 产氢阶段产氢阶段3.1.1 日产气量日产气量 图图3 3 产氢阶段产气曲线产氢阶段产气曲线图图4 4 产氢阶段产氢阶段pHpH值变化曲线值变化曲线3.1.2 pH值值有机酸含量为有机酸含量为3.6g图图5 5 产氢阶段蔗糖含量变化曲线产氢阶段蔗糖含量变化曲线3.1.3 蔗糖含量蔗糖含量蔗糖含量为蔗糖含量为
7、0.04g图图6 6 产甲烷阶段产气曲线产甲烷阶段产气曲线3.2 产甲烷阶段产甲烷阶段3.2.1 日产气量日产气量项目项目总产气量总产气量（ml）气体含量气体含量（%）发酵时间发酵时间（d）产氢阶段产氢阶段总气体总气体394713氢气氢气208952.94甲烷甲烷59014.96产甲烷阶段产甲烷阶段总气体总气体354020甲烷甲烷198756.13氢气氢气104129.40总产气情况总产气情况总气体总气体7487氢气氢气313041.81甲烷甲烷257734.423.3 产气情况综合分析产气情况综合分析3.4 蔗糖发酵产氢产甲蔗糖发酵产氢产甲烷的能源转换效率烷的能源转换效率E=100%E=10
8、0%E=80.39%项目项目能源转换效率能源转换效率/%产氢产甲烷产氢产甲烷单独产氢单独产氢单独产甲烷（沼气发酵）单独产甲烷（沼气发酵）3.5 蔗糖不同发酵过程蔗糖不同发酵过程能源转换效率的比较能源转换效率的比较29.1142.42(文献值文献值)80.394 结论与讨论结论与讨论 通过调节发酵环境的通过调节发酵环境的pH，可以建立，可以建立“氢化氢化甲烷化甲烷化”程序的程序的厌氧发酵产能系统；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%,分别是蔗糖发分别是蔗糖发酵制氢和蔗糖沼气发酵的酵制氢和蔗糖沼气发酵的2.8倍和倍和1.9倍，表明该产能
9、系统能显著倍，表明该产能系统能显著提升厌氧处理的能源效率。提升厌氧处理的能源效率。参考文献参考文献 11胡纪萃，周孟津，左剑恶胡纪萃，周孟津，左剑恶.废水厌氧生物处理理论与技术废水厌氧生物处理理论与技术M.M.北京：中国建筑工业出版社，北京：中国建筑工业出版社，2002.2002.22张无敌，宋川洪，尹芳等张无敌，宋川洪，尹芳等.沼气发酵与综合利用沼气发酵与综合利用M.M.昆明：云南科技出版社，昆明：云南科技出版社，2004.2004.33胡觉，张无敌，尹芳等胡觉，张无敌，尹芳等.紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究J.J.第二届全国研究生生物质能研讨第二届全国研究
10、生生物质能研讨会，会，20072007，12:12-14.12:12-14.44夏明星，白术杰，张向宇夏明星，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浅析用奥氏气体分析仪测定煤气中毒可燃组分J.J.科技创新导报，科技创新导报，20082008，10.10.55张敏张敏.奥氏气体分析仪燃烧法对可燃气的分析奥氏气体分析仪燃烧法对可燃气的分析J.J.高师理科学刊，高师理科学刊，20082008，28(6).28(6).66张庆红，马梅芳张庆红，马梅芳.硫酸硫酸-蒽酮法测定天冬中多糖含量蒽酮法测定天冬中多糖含量J.J.中国现代中药，中国现代中药，20082008，10(8).10(8)
11、.77李庆林李庆林.有机垃圾厌氧发酵过程性能预测系统建模与实验验证有机垃圾厌氧发酵过程性能预测系统建模与实验验证D.D.上海：上海交通大学，上海：上海交通大学，2009:35-2009:35-36.36.88袁振宏，吴创之，马隆龙等袁振宏，吴创之，马隆龙等.生物质能利用原理与技术生物质能利用原理与技术M.M.北京北京:化学工业出版社，化学工业出版社，2003.313-2003.313-317.317.99赵琦赵琦.蔗糖催化燃烧的实验探究设计蔗糖催化燃烧的实验探究设计J.J.化学教育，化学教育，20092009，01.01.1010邱郁安，张紫英，苏莉娟等邱郁安，张紫英，苏莉娟等.寻沼气宝贝氢化
12、寻沼气宝贝氢化-甲烷化程序厌氧发酵产能系统之建立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.http:/science.ntsec.edu.tw/files/15-1004-22105,c2423-1.php.2011-05-091111胡觉胡觉.紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究D.D.昆明：云南师范大学，昆明：云南师范大学，2008.2008.1212尹芳，胡觉，张无敌等尹芳，胡觉，张无敌等.紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究紫茎泽兰
13、产氢产甲烷联合发酵的研究J.J.科学通报，科学通报，20102010，55(36)55(36)：3469-3476.3469-3476.13 Binfei Xie,Jun Cheng,Junhu Zhou,et al.13 Binfei Xie,Jun Cheng,Junhu Zhou,et al.Cogeneration of hydrogen and methane from Cogeneration of hydrogen and methane from glucose to improve the energy conversion efficiency J.Internationa
14、l Journal of glucose to improve the energy conversion efficiency J.International Journal of Hydrogen Energy,2008,33(19):5006-5011.Hydrogen Energy,2008,33(19):5006-5011.谢谢大家！谢谢大家！敬请各位专家学者批评指正，敬请各位专家学者批评指正，并给予学生宝贵意见并给予学生宝贵意见谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH