厭氧發(fā)酵
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厭氧發(fā)酵的實例教程
北方玉米秸稈與豬糞混合厭氧發(fā)酵條件[J].生態(tài)學雜志，2011,30(1):126-130.
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展開 根據(jù)生物制氫技術(shù)所利用的產(chǎn)氫微生物種類不同，一般可分為厭氧發(fā)酵制氫和光合生物制氫兩類。生物質(zhì)制氫具有能耗低、溫室氣體釋放少、原料獲取方便等優(yōu)點，理論上能有較大的產(chǎn)氫能力。但其原料構(gòu)成復(fù)雜，初產(chǎn)物雜質(zhì)多，提純工藝困難且占地面積較大，不適合大規(guī)模制取。
通過厭氧發(fā)酵生物制氫有三種基本途徑，分別為混合酸發(fā)酵、丁酸型發(fā)酵、NADH途徑。NADH途徑制氫主要機制是葡萄糖在厭氧條件下，發(fā)酵生成丙酮酸，同時產(chǎn)生大量的NADH和H，當微生物體的NADH和H積累到一定程度時，NADH會通過微生物中的氫化酶的作用釋放分子氫。而丁酸型發(fā)酵和混合酸發(fā)酵這兩種途徑均發(fā)生于丙酮酸脫羧作用中，它們是微生物自身為解決這兩種發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的“多余”電子，而采取的一種特殊的調(diào)控機制。
光合細菌產(chǎn)氫是通過光裂解有機酸完成的，而不是簡單地光解水。光合產(chǎn)氫途徑是在固氮酶或氫酶催化下，將光合磷酸化與還原性物質(zhì)代謝耦連，利用吸收的光能與代謝產(chǎn)生的還原力產(chǎn)生氫氣的一種過程。
二、直接電解海水的機遇與挑戰(zhàn)
電解水制氫技術(shù)比較傳統(tǒng)化石能源制氫技術(shù)仍然不夠成熟，現(xiàn)在電解水制氫技術(shù)整套機制最大的劣勢在于成本。但電解水制氫具有工藝簡單、無污染、產(chǎn)出氫氣純度高等優(yōu)勢，能夠很好地與可再生能源結(jié)合，達到大幅度降低制氫成本的效果[9]。
展開 生物質(zhì)沼氣發(fā)電技術(shù)
生物質(zhì)沼氣發(fā)電工藝系統(tǒng)圖
中國能建承建的安徽合肥現(xiàn)代能源RNG熱電聯(lián)產(chǎn)項目，利用工農(nóng)業(yè)或城鎮(zhèn)生活中的大量有機廢棄物，經(jīng)厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電。每年可提供3000多萬千瓦時綠色電力，年實現(xiàn)二氧化碳減排15萬噸，提供食品級工業(yè)蒸汽2萬噸，綜合能源利用率超過80%。
部分高端厭氧箱還會將氫氣傳感器與防爆裝置聯(lián)動，一旦濃度超標，自動啟動排氣系統(tǒng)并注入惰性氣體，從源頭遏制爆炸風險。
3. 過程監(jiān)控者
在厭氧發(fā)酵等特殊實驗中，某些厭氧菌代謝會產(chǎn)生氫氣。通過氫氣傳感器實時監(jiān)測厭氧培養(yǎng)箱內(nèi)氫氣濃度變化，科研人員可以間接判斷發(fā)酵進程是否正常：氫氣濃度突然升高 → 可能意味著微生物代謝異常或底物發(fā)生變化；濃度持續(xù)穩(wěn)定 → 說明發(fā)酵過程處于可控狀態(tài)。
這種非侵入式監(jiān)測方式無需打開箱門取樣，避免了外界氧氣對厭氧環(huán)境的干擾，保證了實驗數(shù)據(jù)的準確性。類似地，在材料合成領(lǐng)域，某些金屬材料在厭氧環(huán)境下與氫氣發(fā)生反應(yīng)，氫氣傳感器能實時反饋反應(yīng)進程，幫助科研人員精準控制條件，提升制備成功率。
三、厭氧培養(yǎng)箱中氫氣傳感器推薦
厭氧培養(yǎng)箱內(nèi)部環(huán)境特殊，對氫氣傳感器性能提出了嚴苛要求：普通的電化學氫氣傳感器依賴氧氣參與反應(yīng)，在無氧環(huán)境中無法正常工作，甚至會出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移; 催化燃燒型氫氣傳感器需要氧氣作為助燃劑，同樣不適用于厭氧場景。所以，厭氧培養(yǎng)箱箱中推薦采用荷蘭Xensor 高速響應(yīng)熱導式氣體傳感器 XEN-5320-HP。
荷蘭Xensor 高速響應(yīng)熱導式氣體傳感器不銹鋼螺紋型 XEN-5320-HP工作原理: XEN-5320通過測定微型機械加熱元件的溫度提升確定氣體組分。對于各二元氣體混合，升高溫度與加熱功率比取決于氣體混合比。為獲得更佳精度，傳感器已做環(huán)境溫濕度修正。偏置、測量及修正通過應(yīng)用XEN-TCG3880熱導傳感器和溫濕度傳感器輸出的ASIC執(zhí)行，此ASIC由Xenser設(shè)計。 非常適合醫(yī)療、R&D和工業(yè)環(huán)境中，氫氣H2、氦氣He、二氧化碳CO2、氮氣N2及甲烷CH4氣體混合的監(jiān)控和泄露檢測。
XEN-5320-HP關(guān)鍵性能參數(shù)
展開 還可能會發(fā)展新種植業(yè)，用種植出來的有機質(zhì)厭氧發(fā)酵發(fā)電。
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過程監(jiān)控者
在厭氧發(fā)酵等特殊實驗中，某些厭氧菌代謝會產(chǎn)生氫氣。通過氫氣傳感器實時監(jiān)測厭氧培養(yǎng)箱內(nèi)氫氣濃度變化，科研人員可以間接判斷發(fā)酵進程是否正常：氫氣濃度突然升高 → 可能意味著微生物代謝異常或底物發(fā)生變化；濃度持續(xù)穩(wěn)定 → 說明發(fā)酵過程處于可控狀態(tài)。
這種非侵入式監(jiān)測方式無需打開箱門取樣，避免了外界氧氣對厭氧環(huán)境的干擾，保證了實驗數(shù)據(jù)的準確性。
通過厭氧發(fā)酵生物制氫有三種基本途徑，分別為混合酸發(fā)酵、丁酸型發(fā)酵、NADH途徑。NADH途徑制氫主要機制是葡萄糖在厭氧條件下，發(fā)酵生成丙酮酸，同時產(chǎn)生大量的NADH和H，當微生物體的NADH和H積累到一定程度時，NADH會通過微生物中的氫化酶的作用釋放分子氫。
(5)按發(fā)酵過程中對氧的不同需求 分為厭氧發(fā)酵、通風發(fā)酵。
(6)按代謝產(chǎn)物初級代謝產(chǎn)物發(fā)(酒精發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵、有機酸發(fā)酵等次級代謝產(chǎn)物發(fā)酵(抗生素發(fā)酵、色素發(fā)酵等)。
養(yǎng)殖場惡臭主要來動物的糞便、污水、飼料等的腐敗，在適宜的溫度、濕度、厭氧環(huán)境、發(fā)酵條件下可產(chǎn)生大量惡臭，臭氣濃度過高時，對場內(nèi)工作人員的身心健康和動物群的健康與生產(chǎn)性能造成嚴重危害。做好惡臭源頭的控制是有效解決環(huán)保問題最直接的方式！
二、養(yǎng)殖場臭氣處理現(xiàn)狀
1.個體養(yǎng)殖戶/小型養(yǎng)殖場
由于規(guī)模較小，人工清潔或使用手動或電動噴霧機噴灑除臭劑即可快速完成場內(nèi)除臭。
奶牛糞污屬于有機固廢
包含氮、磷、鉀等多種營養(yǎng)成分
是一種有價值的資源
要把奶牛糞轉(zhuǎn)化成電能
需要經(jīng)過三個系統(tǒng)處理：
沼氣系統(tǒng)
熱力發(fā)電工藝系統(tǒng)
尾氣處理系統(tǒng)
生物質(zhì)沼氣發(fā)電工藝系統(tǒng)圖
沼氣系統(tǒng)將牛糞等有機物
進入厭氧發(fā)酵池中經(jīng)脫硫脫水處理后
農(nóng)林廢棄物氣化和厭氧發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)，包括低能耗壓縮成型處理技術(shù)與裝備，無焦油生成的成型生物質(zhì)氣化技術(shù)，合成氣脫雜凈化技術(shù)，凈化后CO厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的高活性菌種及高效反應(yīng)器。
生物油脂生產(chǎn)生物柴油技術(shù)，包括高效酯化催化劑和反應(yīng)過程微界面?zhèn)髻|(zhì)強化技術(shù)，反應(yīng)產(chǎn)物低能耗分離提純技術(shù)。
十一、VFA：VFA，(volatile fatty acid)，即揮發(fā)性脂肪酸，是厭氧生物處理法發(fā)酵階段的末端產(chǎn)物。在發(fā)酵階段，水解階段所產(chǎn)生的小分子化合物在發(fā)酵菌的細胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物，并分泌到細胞外，即酸化階段。在反應(yīng)器啟動初期必須控制進水的pH，主要采用投加氫氧化鈉的方法來控制進水的pH，以使反應(yīng)可以維持在一個相對平穩(wěn)的環(huán)境中進行。
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第二節(jié) 廢水厭氧生物處理原理
廢水厭氧生物處理在早期又被稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵；是指在厭氧條件下由多種（厭氧或兼性）微生物的共同作用下，使有機物分解并產(chǎn)生CH4和CO2的過程。
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第二節(jié) 廢水厭氧生物處理原理
廢水厭氧生物處理在早期又被稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵；是指在厭氧條件下由多種（厭氧或兼性）微生物的共同作用下，使有機物分解并產(chǎn)生CH4和CO2的過程。
若需要投加VFA （例如在進水中增加溶解性BOD， 其中部分將通過厭氧段的發(fā)酵過程轉(zhuǎn)化為可用的VFA）， 則外加VFA的需要量通常為去除每毫克磷需要5～10 mg的VFA。
通常醋酸為冰醋酸（近似100%溶液） 和84%及56%的溶液形態(tài)。
