糖蜜廢液低溫生物電化學系統處理及能源回收技術研究.pdf

1、目前糖蜜廢液生物質能回收需要需要控制運行溫度在30℃以上,且糖蜜廢液成分復雜,COD濃度較高導致微生物難以利用以,極大的限制了生物質能源的回收。為降低糖蜜廢液處理成本,同時提高生物質能源回收效率,本文在低溫下利用微生物電化學系統回收糖蜜廢水中的生物質能源,進行了低溫糖蜜廢液產電產氫研究。
　　使用預先富集馴化的菌液在25℃、15℃、9℃下啟動了單室碳刷陽極MFC,比較了2000mg/L、3000mg/L、5000mg/L三種進水C

2、OD濃度時的MFC反應器產電效果。9℃低溫下的最大輸出功率為278.2mW/m2,庫倫效率為29％,低溫MFC體系的電能回收具有可行性。低溫MFC反應器運行時間相對較長,出水丁酸含量增加,通過454焦磷酸高通量測序分析發現,室溫MFC(RMFC)和低溫MFC(LMFC)均含有1.9%左右的Clostridia。電子傳遞微生物與發酵微生物在系統中共存為后續MEC制氫回收率提高作出鋪墊。對陽極生物膜微生物群落的研究發現盡管RMFC和LMFC

3、具有相同菌源,但二者的群落結構卻存在著明顯的差異。RMFC中微生物主要屬于厚壁菌門(Firmicutes),LMFC中微生物多數屬于變形菌門(Proteobacteria)。在LMFC中含有41%的Comamonas,而RMFC中其含量只有2.66%,低溫時優勢菌種為Comamonas。Comamonas具有降解難降解化合物的能力,具有脫氮和降解芳香烴化合物的能力,在污染物生物修復上具有很高價值。LMFC中含有1.69%的Flavoba

4、cteria菌綱微生物,RMFC中幾乎沒有發現此菌綱微生物,Flavobacteria(黃桿菌)屬于Flavobacteriaceae科,Psychroserpens屬。
　　MEC是一種很有潛力的制氫技術,然而催化劑成本限制了此技術的實際推廣。在9℃低溫下運行了兩種微生物電解池(催化劑陰極MEC和生物陰極MEC)。9℃時催化劑陰極MEC的氫氣產率(YH2)為115mgH2/gCOD,能量回收率195%(Eap=0.6V);生物陰

5、極的YH2為56.7mgH2/gCOD,能量回收率134.1%(Eap=0.6V)。通過DGGE條帶分析,在啟動初期和運行穩定后生物膜群落構型發生了較大的改變。
　　利用糖蜜廢液在低溫下進行電能或氫能的回收,有效降低了處理成本和能量回收成本。低溫MEC制氫技術有效減少了產氫中甲烷含量提高了產品純度。生物陰極MEC制氫節約了制氫成本,成為極有潛力的制氫方法。利用分子生物學手段進行電子傳遞微生物群落結構的研究為后續功能微生物的研究和開