生物制氢生产方法和反应器的制造方法_5

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的产乙酸菌和乳酸菌的抑制。
[0081] 高的H2产率与作为发酵产物的乙酸醋和下酸醋有关阳awkes等人,2002]。乙酸醋 和下酸醋路径将该此产率限制至2至4摩尔出/1摩尔葡萄糖的范围(等式1和2)。另一方面,低 的此产率与丙酸醋产生有关阳awkes等人,2002]。该丙酸醋路径是消耗H2的反应,该反应消 极地影响产率(等式3),所W应该避免丙酸醋的产生[Vavilin 1995]。此外,从热力学观点, 等式(5)示出了产生出和乙酸醋的消耗丙酸醋的反应是在热力学上不利的(正的AG)。因 此,从顶部空间去除C〇2将使反应(5)向前移动,从而改变热力学上不利的反应。因此,出和乙 酸醋产生两者将增加,并且丙酸醋将被消耗,运解释了乙酸醋浓度的增加 W及丙酸醋浓度 的撤回。运个路径(等式5)将使理论出生产的范围增加达到3至4摩尔出/摩尔葡萄糖,其中乙 酸醋作为主要的副产物。
[0082] 来自所产生的VFA的理论出生产基于0.84L出/g乙酸醋和0.58L此/g下酸醋(等式 1和2)计算。在表1中示出的理论值与在该试验过程中测量的此一致,其中116 %的平均理论 与测量的比率。 表1-有和没有C02封存的流出物VFA的浓度
[0083] 表2示出了流出物和反应器VSS浓度W及SRT和生物质产率的值。在封存来自该顶 部空间的C〇2之后,观察到该流出物和反应器的VSS的增加,导致该SRT从2.5至2.67d(在 OLR-I的情况下)和从2.03至2.31 (在0LR-2的情况下)的增加。
[0084] 基于所转化的SCOD计算的生物质产率在封存来自该顶部空间的C〇2之后降低。对 于OLR-I和0LR-2,运些生物质产率分别从0.27降低至0.25g VSS/g转化的SCOD和从0.22降 低至0.21g VSS/g转化的SC0D。
[0085] 表3示出了证实该数据可靠性的具有94% ±3%的终止的COD质量平衡数据。该COD 平衡是考虑输入和输出的TCODW及用于所产生也的等效CO的十算的。实现了31% ±4%的平 均COD下降,运与观察的COD的30 %下降的化fez等人[2010 ]的一致。 表3-有和没有C〇2封存的COD质量平衡
*C0D平衡(% )=[所产生的出(gCOD/d)+离去的TC0D(g/d) >100/[进入的TC0D(g/d)] 3.5pH、缓冲液和KOH要求
[0086] 在该试验过程中使用168g/L化HC03的缓冲溶液将反应器pH保持在5.2±0.2下。 对于化R-I和化R-2两者在从该顶部空间C〇2封存之前和之后分别将该进料中的3和5g 化H0)3/L的缓冲液浓度保持恒定。值得注意的是在该顶部空间中使用KOH用于C〇2封存使该 化肥化缓冲液消耗(通过该pH控制器)减少至在添加该KOH之前的其消耗的仅仅16%,而总 的化H0)3缓冲液消耗,即进料和反应器抑控制系统减少了58%。表4示出了在该进料中使用 的W及由该抑控制器消耗的缓冲液浓度在出生产过程中保持5.2±0.2恒定的pH。
[0087] 对于化R-I和化R-2,117和174g/d的理论KOH消耗分别是基于试验的C〇2生产速率 和1.27g KOH/g 0)2的理论KOH消耗计算的(等式6)。然而,对于化R-I和化R-2观察到该试验 KOH消耗速率分别是136和196g/d,其中超过理论速率的14 %和11 %的增加。 K0H+C02--〉K肥 〇3 (6)
[0088] 对于化R-I和化R-2两者包括化肥化和KOH两者的整体碱度消耗在KOH施加之前被 计算为分别是120和195mg CaC〇3/d并且在KOH施加之后是173和256mg CaC〇3/d。虽然该整体 碱度消耗在化R-I和化R-2下分别增加了44%和31%,但是运被在此生产产率和速率上的增 加超过并且被获得100%此超过。此外,所产生的KH(X)3可W被再循环并且被用作一种缓冲 液,运将降低总的缓冲液消耗。 表4-缓冲液和KOH要求
[0089] 如从本披露的方法的示例性实施例中明显的,从该顶部空间连续去除C〇2使也生产 路径向前移动,使也产率增加了 23 %至3 . Imo Vmo 1并且也生产速率增加了 23.5 %。封存C〇2 影响也生产的速率W及消耗丙酸醋并且产生也和乙酸醋的热力学上不利的路径的A G。在将 KOH施加在该顶部空间中之后流出物乙酸醋浓度增加了 45%,而下酸醋浓度降低至其没有 封存C〇2的值的51 %。0)2封存改变了产生更多乙酸醋和也的力学上有利的丙酸醋消耗路径。 虽然在C〇2封存之后对于抑控制的缓冲液消耗减少至其在C〇2去除之前的初始速率的42%, 但是考虑该捕集器耗损的KOH的总碱度消耗增加了36%至44%。在上述说明中,为了解释的 目的,提出大量细节是为了提供对运些实施例的透彻理解。然而,对于本领域普通技术人员 来说将是显而易见的是运些具体细节是不要求的。
[0090]上述这些实施例是旨在仅是实例。本领域普通技术人员在不偏离仅由在此附带的 权利要求书所限定的范围的情况下可^对这些具体实施例实现改变、修改和变更。 参考文献: 1. Nuri Azbar,David Levin.生物制氨的现有技术和生产上的进展.(State of the art and Progress in Production of Biohydroge打)边沁、科学出片反社(Be打tham Science Publishers),2012 2. D.C. Day ton.燃料电池集成-气体品质和杂质的影响的研究.(Fuel Cell Integration-A Study of the Impacts of Gas Quality and Impurities)国家可再生會^ 源实验室(National Renewable Energy Laboratoiy) ,2001 3. Larminie J,Dicks A?所解释的燃料电池系统cell systems e邱lained)纽 约:威利,2000 4.Sompong O-IliongfPoonsuk Prasertsan,Nils-Kare Birkeland?用于制备产氨种子 接种物的方法在嗜热条件下通过过程性能和微生物群藩分析的评价.化valuation of methods for preparing hydrogen-producing seed inocula under thermophilic condition by process performance and microbial community a打alysis)生坪勿资 术(Bioresource Technology)2009;100:909-918 5- David B丄evin,Lawrence Pitt,Murray Love?生物制氨生产:前景和实际应用的限 制.(Biohydroge打 production:prospects and I imitations to practical application)国际氨會b其月干U(International Journal of Hydrogen Energy)2004;29: 173-185 6- Claire N.Sawyer,Perry L.McCarty,Gene F.Parkin?环境工程与科学的化学 (Chemistry for Environmental Engineering and Scie打ce) (^5片反)?丰各A司 (McGraw-Hill Companies,Inc.)2003 7- Kaushik Nath, Debabrata Das.发酵制氨的改进:各种方法.(Improvement of fermentative hydrogen production: various approachesAppI Microbiol Biotechnol)2004;65:520-529 8 ? I ? Hussy,F ? R ? Hawkes,R ? Dinsdale,D ? L ? Hawkes ?从薦糖和甜莱连续发酵制氨. (Continuous fermentative hydrogen production from sucrose and sugarbeet)国际 氨能期刊(International Journal of Hy虹Ogen Energy)2005:30:471-483 9 .Dong-Hoon Kim,Sun-Kee Han ,Sang-Hyoun Kim,Hang-SiLk 9iin ?气体起泡对连续发 酉孝制氨的影口向.(Effect of gas sparging on continuous fermentative hydrogen production)国际氨會b其月干U(International Journal of Hydrogen Energy)2006 ;31: 2158-2169 10. Jeremy T.Kraemer, David M.Bagley.从发酵制氨改进产率.(Improving the yield from fermentative hydrogen productio打)生物技术?i刊(Biotech打ol Lett) 2007;29:685-695 11. Biswajit Mandal ,KaushiLk Na化.通过阴沟肠杆菌在降化的H2分压下生物制氨生 产的改进.(Improvement of biohydrogen production under decreased partial pressure of 也by Enterobacter cloacae)生物技术通讯(Biotechnol Lett)2〇〇6;28: 831-835 12 .Teh-Ming Liang,Sheng-Shung Cheng,Kung-Long Wu ?在安装有娃酬橡胶膜的氨发 酉孝反应器上白勺对于为石开究.(Behavioural study on hydrogen fermentation reactor installed with silicone rubber membrane)国际氨會^其月甲J(International Journal of Hy虹Ogen £]16巧7)2002;27:1157-1165 13. Wooshin Park,Seung H.Hyun,Sang-Eun Oh,Bruce E.Logan,In S.Kim.去除了页部 空间生物制氨.(Removal of headspace biological hydrogen production)环境科学技 术化nviron Sci Technol)2005;39:4416-4420 14. Bradley E.Jackson,Michael J.McInerney?厌氧微生物代谢可开始接近于热力学 极限.(Anaerobic microbial metabolism can proceed close to thermodynamic limits)自然(NaUire)2002:415:454-456 15. Hisham Hafez,George Naldila,Hesham El Naggar?使用一种新颖的系统来自玉米 糖浆废物的生物氨生产.(Biological hydrogen production from corn-syr 叫 waste using a novel system)能源化 116巧163)2009;2:445-455 16. APHA,AWWA,WEF.用于评估水和废水的标准方法.(Standard methods for examination of
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