曹文倩，劉 暢，劉 洋，劉銘義，唐沁園，程國(guó)玲

(東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 前言

近年來(lái)，人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，隨之而來(lái)的生活用水和工業(yè)用水量規(guī)模越來(lái)越龐大。我國(guó)的人均水資源量?jī)H為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國(guó)家之一[1]。水資源本身的稀缺使減輕廢水對(duì)環(huán)境的影響變得尤為重要。除水資源外，能源的消耗量正在迅速增長(zhǎng)，煤、石油、天然氣和其他不可再生能源正在以前所未有的速度被消耗。為了減輕能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題，氫將是替代能源的最佳來(lái)源。氫能可以實(shí)現(xiàn)從開(kāi)發(fā)到使用零排放、零污染的整個(gè)過(guò)程，具備高效替代新能源的最大發(fā)展?jié)摿?。目前，氫源的制氫技術(shù)領(lǐng)域存在3個(gè)方向，分別為化石燃料(石油、煤和天然氣)的裂解、電解水和生物制氫[2]。生物制氫具有能耗低，污染低的優(yōu)點(diǎn)。

厭氧生物技術(shù)從1881年至今已發(fā)展過(guò)百年，反應(yīng)器主體也經(jīng)歷了三個(gè)階段。發(fā)酵產(chǎn)氫是通過(guò)發(fā)酵含碳水化合物的有機(jī)廢物，達(dá)到既產(chǎn)生氫氣，又利于環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的一種制氫技術(shù)[3]。包括中國(guó)在內(nèi)的大多發(fā)展中國(guó)家，往往需要簡(jiǎn)單、有效又經(jīng)濟(jì)的技術(shù)來(lái)處理環(huán)境問(wèn)題，以及平衡與治理成本之間的關(guān)系，這項(xiàng)技術(shù)也因而被大量應(yīng)用[4]。UASB就是該技術(shù)中的具有典型代表性的一種反應(yīng)器，與其它水處理方式相比，具有容積負(fù)荷高、處理量大、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗少且可產(chǎn)生沼氣生物質(zhì)能等優(yōu)勢(shì)。

本實(shí)驗(yàn)探究以UASB反應(yīng)器為代表的厭氧處理工藝在處理廢水和將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為氫方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前，UASB 反應(yīng)器已應(yīng)用于工業(yè)廢水處理，但在生物制氫領(lǐng)域上投入工業(yè)化生產(chǎn)還需探索。

另有研究結(jié)果指出，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(常見(jiàn)有氮、磷等鹽類)可有效加快或促進(jìn)某些化合物的降解過(guò)程[5]。這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物攝取后主要用于自身的繁殖和代謝，其中，氮源是最主要的物質(zhì)[6]。盡管世界上已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行關(guān)于厭氧制氫技術(shù)的大量研究，但是關(guān)于氮源影響作用的研究仍在理論研究中。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)用水

本次實(shí)驗(yàn)選取赤糖模擬底物作為廢水，每天將固定量的赤糖溶解于自來(lái)水中，赤糖本身含有Fe、Zn等微量元素，再添加N、P營(yíng)養(yǎng)元素，碳氮磷比直接關(guān)系著厭氧微生物的種類和處理能力[7]，COD∶N∶P(質(zhì)量濃度比)=1 000∶5∶1，綜合配成進(jìn)水，保證了微生物活性。張振家[8]等因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)一開(kāi)始忽視微量元素的添加，使微生物活性很低，抑制了厭氧反應(yīng)的進(jìn)行，赤糖的使用可以避免這一問(wèn)題。

1.1.2 活性污泥

UASB反應(yīng)器中的污泥形式分為絮狀污泥、顆粒污泥兩種。在設(shè)定與運(yùn)行的負(fù)荷都不太高的情況下，絮狀污泥完全可以滿足，但隨著社會(huì)發(fā)展，從技術(shù)成本考慮，顆粒污泥的出現(xiàn)標(biāo)志著高負(fù)荷厭氧反應(yīng)器的成功設(shè)計(jì)與運(yùn)行[9]。本次實(shí)驗(yàn)污泥來(lái)自哈爾濱市文昌污水處理廠的二沉池，接種污泥濃度104g/L，需要培養(yǎng)出顆粒污泥。將污泥過(guò)濾、沉淀、淘洗，以去除雜物，間歇曝氣氧化、排水。馴養(yǎng)污泥的過(guò)程中需每天停止曝氣60 min進(jìn)行靜置處理，除去上層清液并加入清水，每天向污泥中補(bǔ)充糖蜜、氯化銨和磷酸二氫鉀(C、N、P營(yíng)養(yǎng)元素)，以加速活性污泥的培養(yǎng)。經(jīng)20-30 d的培養(yǎng)馴化后，污泥的絮狀結(jié)構(gòu)明顯增多，由灰黑色變?yōu)辄S褐色，沉淀后上清液清澈，至此完成污泥的培養(yǎng)馴化，馴化完成后的污泥即可接種到反應(yīng)器中。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

1.2.1 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用赤糖模擬底物，利用 UASB 反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵生物制氫實(shí)驗(yàn)。固定進(jìn)水 COD 濃度范圍不變，并通過(guò)改變底物中氮源的含量，探討反應(yīng)器高效穩(wěn)定運(yùn)行的工程應(yīng)用參數(shù)，以及改變氮源含量對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的影響。

改變氮源階段采用連續(xù)水流，進(jìn)水量為40 L/d，水力停留時(shí)間(HRT)為8 h。分別向UASB反應(yīng)器中投加有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源兩類，每類分兩種，共四種氮源。每種氮源分5個(gè)對(duì)照組，添加質(zhì)量依次為0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g，每一階段進(jìn)行期限是8 d，共40 d。以單一變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)參數(shù)取平均值，最終每個(gè)運(yùn)行參數(shù)形成20個(gè)數(shù)據(jù)。選擇的有機(jī)氮源分別是牛肉膏和酵母膏，無(wú)機(jī)氮源分別是氯化銨和硝酸鈉，控制反應(yīng)器溫度為(35±1)℃，進(jìn)水pH不人為調(diào)控(如穩(wěn)定運(yùn)行期間，一般在6.0～7.4)，進(jìn)水COD濃度控制在2 200 mg/L。

1.2.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

(1)溫度：是影響污泥水解速率的關(guān)鍵參數(shù)[10]。裝置為數(shù)顯溫控儀，控制在(35±1)℃。反應(yīng)器剛啟動(dòng)時(shí)，要設(shè)定在22℃，按每天2℃的速率逐步遞增，直至最后。研究表明，顆粒污泥的核心成分產(chǎn)甲烷菌在35℃下，可以在3 d時(shí)間內(nèi)生成，但溫度也非越高越好，高溫有利于生成微生物，卻會(huì)以低質(zhì)量出水為代價(jià)，因此選定最終控制溫度在35℃附近[11]。溫度不能直接定在(35±1)℃的原因是：當(dāng)溫度升高速率過(guò)快，會(huì)造成反應(yīng)器內(nèi)大量的污泥膨脹，堵塞三相分離器，導(dǎo)致微生物活性降低。

(2)產(chǎn)氣量與氫氣含量：都是每日測(cè)量一次。前者用LML-1型濕式氣體流量計(jì)測(cè)量，單位為L(zhǎng)/d，后者用GC7890Ⅱ型氣相色譜儀測(cè)量，以百分?jǐn)?shù)(%)表示。該色譜儀的不銹鋼色譜填充柱擔(dān)體為T(mén)DX-01，60/80目，柱長(zhǎng)2 m，內(nèi)徑3 mm，配有熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)。以30 mL/min流速的氮?dú)鉃檩d氣，在橋電流設(shè)定為80 mA，柱溫、進(jìn)樣口和檢測(cè)器溫度分別升至40、50和110℃時(shí)，用注射器抽氣0.5 mL進(jìn)樣測(cè)定。

(3)進(jìn)、出水COD濃度(chemical oxygen demand，COD)：采用重鉻酸鉀法，用COD-571型化學(xué)需氧量測(cè)定儀測(cè)出。每日進(jìn)行1次測(cè)量，單位為mg/L。

(4)進(jìn)、出水的pH值：用pH-3C型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)進(jìn)行測(cè)量。每日進(jìn)行1次測(cè)量。進(jìn)水的pH值不人為操作保持恒定，但污泥中的產(chǎn)酸菌長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)后產(chǎn)生酸的積累，為防止反應(yīng)器酸化，需周期性清理進(jìn)水槽。

(5)氧化還原電位(oxidation-reduction potential，ORP)：與pH值測(cè)定一樣，用雷磁牌pH-3C型pH計(jì)每日測(cè)定一次，單位為mV。為了確保顯示器的數(shù)字穩(wěn)定性，必須確保測(cè)量讀數(shù)之前，水在設(shè)備內(nèi)部流動(dòng)的時(shí)間大于0.5小時(shí)，同時(shí)還要確保設(shè)備中沒(méi)有氣泡，如果有的話，需先將其抽空再測(cè)量。

(6)液相末端產(chǎn)物：該分析項(xiàng)目用另一臺(tái)GC7890Ⅱ型氣相色譜儀進(jìn)行濃度測(cè)定，每日測(cè)量一次，單位為mg/L。該色譜儀的不銹鋼色譜填充柱的擔(dān)體為GDX-103，60/80目，柱長(zhǎng)2 m，內(nèi)徑3 mm，并配有氫火焰檢測(cè)器(FID)。以氮?dú)鉃檩d氣，流速為30 mL/min。柱溫首先設(shè)定為100℃，進(jìn)樣口和檢測(cè)器溫度分別升至200℃和220℃，柱溫控制在140℃至150℃，用進(jìn)樣器抽取1 μL水樣進(jìn)樣測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 穩(wěn)定運(yùn)行階段

本實(shí)驗(yàn)研究UASB反應(yīng)器利用赤糖作為底物，進(jìn)行生物制氫的過(guò)程，本章對(duì)其穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的參數(shù)進(jìn)行記錄分析。實(shí)驗(yàn)通過(guò)人工添加赤糖到自來(lái)水中模擬廢水，按質(zhì)量比例加入氮磷元素，溫度設(shè)定在(35±1)℃，HRT(水力停留時(shí)間)控制在8 h。HRT是反應(yīng)器有效容積與進(jìn)水體積流量的比，反應(yīng)著系統(tǒng)內(nèi)污泥含量、廢水與微生物的接觸時(shí)間，與系統(tǒng)的處理效果密切相關(guān)[12]。反應(yīng)器啟動(dòng)后30 d左右，趨向穩(wěn)定，進(jìn)水COD逐漸保持在目標(biāo)負(fù)荷1 800-2 600 mg/L，在此區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，記錄32天時(shí)間內(nèi)反應(yīng)器的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，求取平均值見(jiàn)表1。

表1 UASB反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)(1)

2.2 氮源含量對(duì)UASB運(yùn)行的影響

2.2.1 對(duì)產(chǎn)氫效果的影響

由圖可知，酵母膏和牛肉膏這類有機(jī)氮源含量增加對(duì)產(chǎn)氣量的增加有顯著正向影響，尤其是酵母膏，明顯效果更優(yōu)于牛肉膏，約等于空白組的兩到三倍。硝酸鈉和氯化銨作為無(wú)機(jī)氮源，影響效果并不明顯。這表明，增加有機(jī)氮的含量可以促進(jìn)污泥中微生物的繁殖和代謝，但對(duì)于含量有限定值，含量較低或較高時(shí)，可能導(dǎo)致微生物喪失某些功能，從而影響產(chǎn)氫的效果。并且，產(chǎn)氫微生物缺乏能夠?qū)o(wú)機(jī)氮源轉(zhuǎn)化為自身成分的酶，或許只有在極端氮源缺乏的情況下，無(wú)機(jī)氮可以被激活利用。因此，添加有機(jī)氮源可以提高產(chǎn)氫細(xì)菌的性能，并實(shí)現(xiàn)高水平的產(chǎn)氣。

圖1 氮源含量對(duì)產(chǎn)氣量的影響

從五組氮源含量來(lái)看，呈現(xiàn)的波動(dòng)都屬于先上升后下降。除氯化銨以外，其他三種氮源先隨著氮源含量的提高而增加產(chǎn)氣量，接著，均在添加量為1.5 g時(shí)達(dá)到產(chǎn)氣量的最大值，之后，產(chǎn)氣量開(kāi)始逐漸下降，其中，酵母膏作為氮源時(shí)的最大值為17.50 L/d。雖然相比有機(jī)氮源，無(wú)機(jī)氮源促進(jìn)效果不顯著，但硝酸鈉與氯化銨不同，也表現(xiàn)出了隨含量先升后降的走勢(shì)，其最大值產(chǎn)氣量為7.52 L/d。

觀察四種氮源對(duì)產(chǎn)氫效果的影響(圖2)，會(huì)發(fā)現(xiàn)有機(jī)氮源不僅會(huì)增加產(chǎn)氣量，發(fā)酵氣體中氫氣的含量同樣會(huì)增加。酵母膏的效果最佳，1.5 g添加量時(shí)達(dá)到氫含量最大值72.58%。牛肉膏在0.5 g和1.0 g添加量上，氫氣占比與硝酸鈉相比略高一些，不過(guò)結(jié)合其對(duì)產(chǎn)氣總量的增加，綜合而言，牛肉膏的促進(jìn)效果仍然比硝酸鈉好很多。在2.0 g添加量時(shí)，效果沒(méi)有回落很快，比1.0 g效果好，同樣，2.5 g的效果也比0.5 g好。無(wú)機(jī)氮源依然影響不大，硝酸鈉各添加量產(chǎn)氫量都高于氯化銨，1.5 g添加量時(shí)達(dá)到產(chǎn)氫最大值4.70 L/d，占比為62.50%。氯化銨的產(chǎn)氫含量占總量比例與CK組基本持平，保持在58%左右。

圖2 氮源含量對(duì)氫氣含量的影響

2.2.2 對(duì)COD去除率的影響

在厭氧消化制氫的過(guò)程中，UASB反應(yīng)器中COD去除速率的變化體現(xiàn)了微生物的生理代謝以及優(yōu)勢(shì)種代謝特異性。下圖所示為氮源在不同氮含量時(shí)對(duì)COD去除率的影響規(guī)律。

圖3 氮源含量對(duì)COD去除率的影響

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，可以看出，改變有機(jī)氮源的氮源含量對(duì)系統(tǒng)內(nèi)COD去除率的影響較大。隨著含量的增加，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在添加量1.5 g時(shí)達(dá)到最大值。而無(wú)機(jī)氮源的加入對(duì)COD去除率影響很小。不過(guò)，雖然無(wú)機(jī)氮源影響很小，但無(wú)論添加有機(jī)還是無(wú)機(jī)氮，在不同含量條件下，COD去除率都高于空白值。這表明氮源可以增強(qiáng)污泥中的優(yōu)勢(shì)菌群對(duì)負(fù)荷的處理能力，從而提高了COD去除率。當(dāng)?shù)?.5 g時(shí)，牛肉膏、氯化銨兩種氮源影響下的COD去除率比酵母膏、硝酸鈉為氮源時(shí)略高，但差值不大。當(dāng)?shù)?.0 g時(shí)，有機(jī)氮源影響下的COD去除率有小幅提高。這說(shuō)明，有機(jī)氮源利于微生物的繁殖，提高氮源含量的同時(shí)會(huì)增強(qiáng)微生物代謝活動(dòng)。當(dāng)?shù)?.5 g時(shí)，添加有機(jī)氮源的組COD去除率提高更明顯，其中，添加酵母膏的COD去除率最高，明顯高于牛肉膏，達(dá)到最大值50.25%。由此得出，此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)微生物的生命活性最強(qiáng)，對(duì)底物降解徹底，效果佳。而當(dāng)?shù)春看笥?.5 g后，COD去除率開(kāi)始下降，2.0 g時(shí)下降程度不明顯，但2.5 g時(shí)就較為明顯。這主要?dú)w因于過(guò)量的氮源的供給阻礙了系統(tǒng)內(nèi)微生物的同化作用，致使某些微生物死亡，最終出現(xiàn)COD去除率迅速下降的結(jié)果。

2.2.3 對(duì)進(jìn)、出水pH值的影響

實(shí)驗(yàn)對(duì)進(jìn)水pH不進(jìn)行人為設(shè)定，但根據(jù)穩(wěn)定運(yùn)行階段UASB反應(yīng)器進(jìn)水pH數(shù)據(jù)情況，pH一般在6～7左右，實(shí)驗(yàn)測(cè)定后，確實(shí)符合這一特征。因此，下圖介紹的是不同種類氮源在不同含量條件下的出水pH值。

圖4 氮源含量對(duì)pH值的影響

四種氮源的條件下，氮源種類、含量的改變對(duì)pH改變不大，最終出水pH值都保持相近，在4.3～4.6之間?？磮D發(fā)現(xiàn)細(xì)分起來(lái)，有機(jī)氮源的出水pH值始終高于無(wú)機(jī)氮源的pH值。這主要原因在于添加有機(jī)氮源中的反應(yīng)物中氮含量高，導(dǎo)致水解反應(yīng)中產(chǎn)生大量氨，從而使得pH值升高。根據(jù)任南琪等對(duì)不同產(chǎn)酸發(fā)酵類型的研究，使用有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源時(shí)的pH值均處于產(chǎn)酸相乙醇型發(fā)酵類型的最佳pH值4.0～4.4范圍內(nèi)[13]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中有機(jī)氮源pH未能達(dá)到最佳，有可能是培養(yǎng)時(shí)間需要延長(zhǎng)。

2.2.4 對(duì)ORP的影響

ORP作為衡量厭氧消化是否良好的主要參數(shù)，對(duì)沉積物中的微生物生長(zhǎng)、代謝，以及系統(tǒng)中的發(fā)酵類型具有重要影響。因?yàn)榈孜锏纳锝到馄鋵?shí)是微生物的生化反應(yīng)，因每種微生物都有其自身的特異性，ORP范圍也隨之各不相同。根據(jù)下圖，雖然氮源含量增加，但對(duì)ORP的影響不大，都維持在-370～-450 mV的范圍之間，沒(méi)有因?yàn)橛袡C(jī)、無(wú)機(jī)而產(chǎn)生規(guī)律性的區(qū)別。由此得出，僅在ORP含量較低的環(huán)境中，發(fā)酵產(chǎn)氫微生物能夠正常生長(zhǎng)和繁殖。原因是此時(shí)產(chǎn)氫酶的活性和同化細(xì)胞的能力最強(qiáng)。任南琪等人[14]的研究結(jié)果表明，ORP范圍也與乙醇發(fā)酵生態(tài)位一致。

圖5 氮源含量對(duì)ORP的影響

2.2.5 對(duì)液相末端產(chǎn)物的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量可知，液相末端產(chǎn)物始終包含乙醇、乙酸、丙酸和丁酸四種物質(zhì)，且乙醇和乙酸含量最高，可以證明屬于典型的乙醇型發(fā)酵。而且，改變氮源種類時(shí)產(chǎn)物組成并沒(méi)有發(fā)生變化，也說(shuō)明了產(chǎn)氫細(xì)菌中的優(yōu)勢(shì)種群的穩(wěn)定性，沒(méi)有因?yàn)槭艿截?fù)荷的沖擊而改變。

前文記錄的穩(wěn)定運(yùn)行階段各項(xiàng)液相末端產(chǎn)物的空白值分別為：乙醇1 129.92 mg/L 乙酸558.31 mg/L，丁酸261.50 mg/L，丙酸141.54 mg/L。圖6可以看出0.5 g時(shí)不同氮源含量的液相末端產(chǎn)物產(chǎn)量，基于其它氮源含量情況下各個(gè)數(shù)據(jù)展現(xiàn)的趨勢(shì)與0.5 g基本一致，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。由圖可知，有機(jī)氮源對(duì)液相末端產(chǎn)物濃度增加有顯著影響，而無(wú)機(jī)氮源組數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)與CK組對(duì)比，影響不大。

圖6 氮源含量0.5 g時(shí)不同氮源種類的液相末端產(chǎn)物濃度

表2 在不同氮源條件下的液相末端產(chǎn)物濃度(mg/L)

當(dāng)?shù)春繛?.5 g時(shí)，加入有機(jī)氮源的兩類氮源展現(xiàn)的液相末端產(chǎn)物濃度是空白組的倍數(shù)級(jí)高度，兩類之間也有差別，酵母膏的促進(jìn)作用相對(duì)牛肉膏效果更佳。酵母膏作為氮源時(shí)的數(shù)據(jù)為：乙醇4 248.34 mg/L，乙酸2 336.39 mg/L，丁酸657.23 mg/L，丙酸422.21 mg/L。比CK組分別高了：乙醇3 118.42 mg/L，乙酸1 778.08 mg/L，丁酸395.73 mg/L，丙酸280.67 mg/L。

當(dāng)?shù)春吭黾拥?.0 g時(shí)，與0.5 g時(shí)對(duì)比，液相末端產(chǎn)物總濃度增加，其中添加牛肉膏的增幅最大，達(dá)到513.64 mg/L。通過(guò)圖7，以產(chǎn)物中的乙醇為例，當(dāng)?shù)春繛?.5 g時(shí)，濃度達(dá)到最大值，同時(shí)列表數(shù)據(jù)計(jì)算可得，總濃度同樣達(dá)到了最大值。這說(shuō)明，此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)微生物進(jìn)行的生命活動(dòng)十分旺盛。當(dāng)?shù)春看笥?.5 g后，有機(jī)氮源條件下的產(chǎn)物總濃度逐漸開(kāi)始緩慢下降，因?yàn)榇藭r(shí)反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡，來(lái)維護(hù)產(chǎn)氫細(xì)菌與活性污泥的穩(wěn)定。

圖7 氮源含量對(duì)產(chǎn)物中乙醇濃度的影響

通過(guò)乙醇、乙酸的含量可以判讀發(fā)酵產(chǎn)氫的改變。同樣，通過(guò)作圖發(fā)現(xiàn)，其它氮源含量時(shí)期乙醇和乙酸占比情況走勢(shì)一致，僅以1.0 g氮源添加量時(shí)舉例。如圖8所示，分別為四種氮源在1.0 g含量條件下對(duì)乙醇、乙酸含量的影響情況。從堆積柱形圖可知，乙醇含量始終大于乙酸含量，有機(jī)氮源的效果也好于無(wú)機(jī)氮源，而添加無(wú)機(jī)氮源時(shí)，乙醇和乙酸總含量幾乎沒(méi)有大的起伏，一直穩(wěn)定在75%以上。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，在厭氧發(fā)酵過(guò)程中，微生物在代謝途中的電子流會(huì)受到氮源含量的影響，氮源通過(guò)改變乙醇含量改變對(duì)產(chǎn)氫代謝流產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響產(chǎn)氫效果。

圖8 氮源含量1.0 g時(shí)種類對(duì)乙醇和乙酸占比的影響

3 結(jié)論

(1)穩(wěn)定運(yùn)行階段：COD去除率較高，出水參數(shù)穩(wěn)定，產(chǎn)氫量大，該系統(tǒng)的內(nèi)部屬于典型的乙醇發(fā)酵過(guò)程，其生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抵抗負(fù)荷沖擊的能力。

(2)不同氮源階段：有機(jī)氮源在平均氣體產(chǎn)量、氫含量和COD去除率項(xiàng)目上效果均優(yōu)于無(wú)機(jī)氮源。當(dāng)?shù)砑恿繛?.5 g時(shí)，酵母膏作為氮源時(shí)的效果最佳。兩種無(wú)機(jī)氮源都對(duì)產(chǎn)氫及COD去除影響效果不顯著。此外，不管添加有機(jī)氮源還是無(wú)機(jī)氮源，氮源含量的變化對(duì)最終pH值的影響均很小，始終保持在4.3～4.6之間。同時(shí)，它們各自的ORP均沒(méi)有顯著影響，穩(wěn)定在-370～-450 mV范圍內(nèi)。液相末端產(chǎn)物含量最高的是乙醇和乙酸，屬于乙醇發(fā)酵的典型類型。當(dāng)?shù)促|(zhì)量=1.5 g，以酵母膏為氮源時(shí)，乙醇、乙酸之和占總酸比例也最高為88.32%。然而，當(dāng)添加無(wú)機(jī)氮源時(shí)，對(duì)氮含量的調(diào)節(jié)不會(huì)顯著影響液相中最終產(chǎn)物的濃度。

(3)綜上所述，有機(jī)氮源的使用明顯優(yōu)于無(wú)機(jī)氮，酵母膏作為供應(yīng)源比牛肉膏更好，本實(shí)驗(yàn)平行組結(jié)果中氮含量1.5 g效果最優(yōu)。在UASB反應(yīng)器的厭氧生物發(fā)酵中生產(chǎn)氫氣時(shí)，添加有機(jī)氮源，且適當(dāng)調(diào)節(jié)氮含量水平可以提高氫氣生產(chǎn)效率。