国内外污泥厌氧消化产氢的研究

在生物制氢系统中，厌氧发酵制氢系统具有显著的优势，有望发展成为可工业化应用的生物制氢系统。目前，生物产氢工艺的不足之处在于氢气产量低，一般只有理论氢转化率的20%～30%。一般来讲，只有当氢转化率达到60%～80%时才能认定为是一种经济可行的生物产氢技术。通过降低氢分压、优化生物制氢反应器的设计以及基因工程，可以明显提高厌氧发酵系统的产氢量。例如，通过喷射氩气或氮气将顶空抽成真空，可快速排出和分离气体，以降低氢分压。但是过度的喷射将会稀释氢，同时增加了氢的分离纯化难度。膜技术是一种有效地排除和纯化氢的方法，无论是在厌氧系统还是好氧系统中使用聚乙烯三甲基硅烷膜（PVTMS）来生产高纯氢气，均可以取得良好的效果。通过采用细胞固定化措施如固定床、添加载体或自絮凝等，再通过采用膜滤系统来维持较低的氢分压，进行反应器优化，就能够提高产氢量。

目前，国际上有关厌氧反应器的研发已进入一个相对平稳的阶段，研究的主要方向还是着眼于对现有反应器的改进。从美国专利局公布的有关厌氧反应器的发明专利来看，反应器的研究主要着眼于固液分离效果的提高，延长反应器内物料的停留时间等。另外，还需要转变构建厌氧反应器的理念，创造更加和谐的厌氧生物反应环境条件，比如通过利用环境仿生学技术，开发低能高效仿生反应器是未来厌氧反应器的一个发展趋势。

通过基因技术改良产氢菌，亦可极大程度地提高产氢量。利用基因修饰产氢菌，通过过度表达纤维素酶、木素酶和半纤维素酶，使底物的可用性达到最大化；通过过度表达产氢的氢化酶，并使其具有耐氧性。通过预处理办法可以去除吸氢酶，以减少其对氢的消耗，或者尽可能排除与产氢过程竞争并减少产氢量的代谢途径。

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此外，经过厌氧发酵产氢处理后的固体废弃物或者污泥污水，即使再次经过产甲烷化过程，其中还会有一些污染物质存在，因此必须经过相应的再处理才能使其对环境没有二次污染。目前，国内有关固体废物或污泥污水产氢的工业化研究报道甚少。

污泥厌氧发酵制氢是一项符合长远发展的技术，相对于甲烷，氢气的优势在于能量密度高，燃烧只产生水分，而且氢燃料电池相对甲烷燃料电池更加成熟，而且便于小型化。然而目前关于污泥厌氧发酵制氢还只限于实验室研究，即便瞬间产氢率较高，长期运行能否获得高产量尚待讨论。此外，相对于污泥厌氧消化产沼气，污泥厌氧发酵制氢工艺操作更加复杂，能源转化率相对较低，而且氢气相对甲烷更易爆炸，保存和运输更加困难。因此，污泥厌氧发酵产氢工艺要想达到工业化生产水平还需要走很长的路，将来的发展和技术上的应用不但取决于科学研究的进步，而且取决于经济因素、社会的可接受程度和氢能利用系统的发展状况等诸多因素。