氢是一种高效率的能量携带物,每单位重量的能含量高,为122KJ/g。当它被消耗时不产生任何温室气体。在不同的化学工业 中它还是一种重要的原料。尽管H2作为燃料的绿色性质,它仍主要是从非可再生能源(如天燃气、或石油碳氢化合物)生产。为了使H2变成一种较可持续的能,它必须通过生物学途径用废物生产。用厌氧发酵工艺生产H2,使有机基质分解,把有机废物转化为有价值的能源。这种工艺受到相当大的注意。
先前的一些研究显示,发酵产H2工艺显著受各种因素影响,例如废水特性,反应器构造,液体滞留期,输入有机物浓度,有机负荷率,pH值,温度,氧化还原电势和营养需求等。在这些因素中,pH值尤其重要,因为它影响到产氢酶的活动和代谢路径。另外,pH值变动还能影响细胞的生物形态学和结构,因而影响絮团化和粘附现象。因此,如果pH值不维持在一个希望要的范围,就可能抑制H2生产,甚至使微生物群体变化,导致H2停止产生。
已有很多研究探究了在各种不同的反应器(如连续搅拌罐反应器和滴流生物学过滤器)中pH值对产H2的作用。尽管上流式厌氧污泥床反应器是厌氧反应器的一个重要类型,并被广泛应用于污水处理,但是却很少关于在上流式厌氧污泥床反应器中pH值对发酵产氢影响的文献。告报刊载在《Bioresource Technology》的一个研究,在这个方面做了探索。
实验在实验室规模的上流式厌氧污泥床反应器进行,它包括一个2.0L的反应部分和一个气体固体分离部分,它的容积为2.6L。种污泥从一个处理生产柠檬酸盐污水的全规模厌氧反应器取得。种污泥的初始pH值和和挥发性悬浮固体密集度分别为7.1和6.3g/L。一种COD为10g/L的富蔗糖合成污水被用来做基质,并配以缓冲化学物质和匀衡的营养(单位为mg/L):405#NH4HCO3,155 K2HPO4•3H2O, 50 CaCl2,100,MgCl2•6H2O,25 FeCl2,10 NaCl,5 CoCl2•6H2O,5 MnCl2•4H2O,2.5 AlCl3,15(NH4)6Mo7O24,5 H3BO4,5NiCl2•6H2O,5 CuCl2•5H2O,5 ZmCl2。反应器伯温度保持在39±1℃。
实验结果显示,沼气中的H2分压,H2产生速率和H2产出,都取决于pH,分别在下述范围变化:0.25-0.52atm,42-145ml-H2/L.h和0.47-1.61克分子量H2/克分子量葡萄糖。最大H2分压在pH7.5时观察到。但最佳H2产生速度和H2产出,在pH6.5~7.50观察到。在上流式厌氧污泥床反应器中,乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐,i-丁酸盐,戊酸盐和乙醇是主要的液体产物,存在于排出液中。在各个不同的pH值下,占主导地位的发酵过程都是丁酸盐型的。