以固定床生物反應器進行生物產氫

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成大研發快訊 - 文摘

成大研發快訊第二十卷第九期 - 2011年十二月九日

[ http://research.ncku.edu.tw/re/articles/c/20111209/1.html ]

以固定床生物反應器進行生物產氫

張嘉修^1*, 李國興², 林屏杰²

1成功大學化學工程系

2 逢甲大學化學工程系 [email protected]

International Journal of Hydrogen Energy 27:1167-1174, 2002 Times Cited: 142 (from Web of Science)

本研究以含有產氫菌 (篩選自城市污水廠污泥)之固定床 (fixed bed) 生物反應器來進行厭氧產氫之探討，三種多孔性物質，包括菜瓜布 (loofah sponge, LS) 、發泡煉石 (expanded clay, EC) 及活性碳 (activated carbon, AC) ，被用來作為填充擔體以允許產氫菌滯留於固定床生物反應器中；這些擔體被認為在批次及連續模式操作，對於生物膜形成及氫氣生成方面有正面的助益。

表1. 填充床反應器在添加與未添加載體培養方式之生物質量產率

實驗結果發現菜瓜布對於生物質量的固定化是無效的，然而發泡煉石及活性碳展現較佳的生物質量產生率，

因此填以發泡煉石及活性碳的固定床反應器 (分別記為EC及AC反應器) 遂以水力停留時間(hydraulic retention time, HRT) 0.5-5h進行連續醱酵產氫實驗，並以蔗糖作為主要碳源，其於進料中的濃度為20g COD/l，EC反應器 (工作體積 = 300 ml) 操作於HRT=2h可獲致最佳產氫速率0.415 l/h/l，相對的，AC反應器 (體積 300 ml) 展現較佳的產氫速率，於HRT = 1 h 可達1.32 l/h/l。當AC反應器放大成 3 L並操作於HRT = 1-3 h之條件，產氫速率約為0.53-0.68 l/h/l，但經過短暫的熱處理 (75oC, 1 h)，於HRT = 1 h，產氫速率躍升為1.21 l/h/l。EC及AC反應器所產生的生物氣體其氫氣含量大多為25-35%，其餘主要為CO2，且幾乎可忽略甲烷的存在 (低於0.1%)。在高效率產氫階段，主要溶解性代謝產物為丁酸，而後依次為丙酸、乙酸及乙醇。

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圖1. 填充發泡煉石之填充床反應器 (工作體積 = 300 ml) 隨HRT變化之生物氣體產生速率、溶解性代謝產物及出流水生物質量濃度之剖析圖

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圖2. 填充活性碳之填充床反應器 (工作體積 = 300 ml) 隨HRT變化之生物氣體產生速率、溶解性代謝產物及出流水生物質量濃度之剖析圖

圖3. 填充活性碳之填充床反應器 (工作體積 = 3 l) 隨 HRT變化之生物氣體產生速率、溶解性代謝產物及出流水生物質量濃度之剖析圖

表2. 固定床生物反應器於不同HRT之醱酵產氫行為

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