多種底物混合發(fā)酵產(chǎn)甲烷及制取生物絮凝劑的研究

【摘要】：在我國，農(nóng)業(yè)廢棄物在處理過程中，存在地區(qū)原料分布不均、單一物料的降解率低、產(chǎn)酸段難以調(diào)控、甲烷產(chǎn)量低等特點。基于此，本課題旨在考察利用混合底物進行兩相厭氧發(fā)酵，來比較單相及單一底物發(fā)酵對產(chǎn)甲烷量的影響。并對利用產(chǎn)酸發(fā)酵液制取生物絮凝劑可行性進行了研究。 本研究以牛糞、水稻秸稈及糖蜜廢水作為混合發(fā)酵底物，利用CSTR作為產(chǎn)酸相。結(jié)果表明，混合發(fā)酵各底物互相補充，相比于單一物料發(fā)酵系統(tǒng)運行更穩(wěn)定，并具有更高的產(chǎn)氣量，發(fā)酵類型為乙酸、乙醇為主的混合型發(fā)酵，并且發(fā)現(xiàn)水稻秸稈中的纖維素和半纖維素都得到了有效的降解，微生物群落進行解析發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程中存在的優(yōu)勢菌群為梭狀芽孢桿菌屬(Clostridium)，不動桿菌屬(Acinetobacter sp.)，擬桿菌屬(Bacteroides)，鹽水球菌屬(Salinicoccussp.)，梭菌屬(Clostridium.sp.)，假單胞菌屬(Pseudomonas sp.)，甲基桿菌屬(Methylobacterium sp.)等。 利用內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)作為產(chǎn)甲烷相，取產(chǎn)氣的沼液與牛糞混合作為底物培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌。通過CSTR-IC兩相工藝來考察產(chǎn)酸相水解酸化平穩(wěn)階段第30d、第50d發(fā)酵液通入IC相中對提高產(chǎn)甲烷效率的影響，結(jié)果表明，啟動OLR為3kgVS/m3d、HRT為20d，觀察IC1、IC2反應(yīng)器甲烷產(chǎn)量分別為1.02m3/m3d、1.06m3/m3d，甲烷百分含量在55~70%之間，該兩階段相比于IC單相產(chǎn)氣量分別提高了24.5%、27.4%。微生物群落進行解析發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程中存在的優(yōu)勢菌群為甲烷桿菌屬(Methanobacterium sp.)，馬氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina mazei)，小甲烷菌粒屬(Methanocorpusculum parvum)，甲烷微粒屬(Methanocorpusculm sp.)，甲烷髦毛菌屬(Methanosaeta sp.)，廣域古菌(Euryarchaeote)等。 利用產(chǎn)酸發(fā)酵液作為產(chǎn)絮替代培養(yǎng)基進行了可行性研究，通過正交實驗測定產(chǎn)絮菌的絮凝效果確定最優(yōu)配比條件，得到絮凝率最優(yōu)的影響因素組合為混合發(fā)酵液與傳統(tǒng)培養(yǎng)基配比為1:4，發(fā)酵液為70d時，接種量為8%時絮凝率最高，絮凝率為92.3%。通過粗提計算復(fù)合型生物絮凝劑產(chǎn)量為2.13g/L，以傳統(tǒng)培養(yǎng)基培養(yǎng)時，產(chǎn)量為2.49g/L。 【關(guān)鍵詞】：農(nóng)業(yè)廢棄物 混合底物 兩相厭氧發(fā)酵 復(fù)合型產(chǎn)絮培養(yǎng)基
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題背景8
• 1.2 農(nóng)業(yè)廢棄物研究現(xiàn)狀8-11
• 1.2.1 秸稈厭氧發(fā)酵研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 禽畜糞便厭氧發(fā)酵研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 兩相厭氧發(fā)酵技術(shù)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4 復(fù)合型生物絮凝劑研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5 課題研究目的及主要內(nèi)容14-17
• 1.5.1 課題來源14-15
• 1.5.2 課題研究的目的15
• 1.5.3 課題研究的主要內(nèi)容15-16
• 1.5.4 技術(shù)路線16-17
• 第2章 實驗材料與方法17-24
• 2.1 實驗材料及裝置17-19
• 2.1.1 實驗材料17
• 2.1.2 兩相厭氧發(fā)酵實驗裝置圖17-18
• 2.1.3 實驗試劑18
• 2.1.4 實驗培養(yǎng)基18
• 2.1.5 實驗儀器18-19
• 2.2 實驗設(shè)計與分析方法19-24
• 2.2.1 CSTR 產(chǎn)酸相反應(yīng)器處理實驗設(shè)計與分析方法19-21
• 2.2.2 利用單一底物牛糞產(chǎn)甲烷實驗設(shè)計21
• 2.2.3 利用糖蜜廢水產(chǎn)甲烷實驗設(shè)計21-22
• 2.2.4 IC 產(chǎn)甲烷反應(yīng)器處理實驗設(shè)計與分析方法22-23
• 2.2.5 利用產(chǎn)酸發(fā)酵液產(chǎn)絮實驗設(shè)計與分析方法23-24
• 第3章 CSTR 產(chǎn)酸相批次混合發(fā)酵產(chǎn)酸效能24-39
• 3.1 產(chǎn)酸發(fā)酵底物基本特性參數(shù)24-25
• 3.2 產(chǎn)酸相不同時期 pH 值、ORP 值的變化25-26
• 3.3 產(chǎn)酸相不同時期 TOC、TN 及 SCOD 的變化26-27
• 3.4 產(chǎn)酸相不同時期揮發(fā)性脂肪酸含量的變化27-28
• 3.5 產(chǎn)酸相內(nèi)不同時期水稻秸稈形態(tài)變化28-29
• 3.6 產(chǎn)酸相不同時期水稻秸稈成分的變化29-30
• 3.7 不同時期產(chǎn)酸相發(fā)酵細菌群落結(jié)構(gòu)解析30-35
• 3.8 混合物料與單一物料厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷量分析與比較35-38
• 3.8.1 利用牛糞產(chǎn)甲烷35-36
• 3.8.2 利用糖蜜廢水產(chǎn)甲烷36
• 3.8.3 混合與單一物料產(chǎn)甲烷量比較36-38
• 3.9 本章小結(jié)38-39
• 第4章 CSTR-IC 兩相半連續(xù)產(chǎn)甲烷效能39-54
• 4.1 IC 產(chǎn)甲烷反應(yīng)器內(nèi) pH 值、ORP 值的變化39-40
• 4.2 IC 產(chǎn)甲烷反應(yīng)器內(nèi)甲烷產(chǎn)量的變化40-41
• 4.3 IC 反應(yīng)器內(nèi)富集產(chǎn)甲烷菌群落結(jié)構(gòu)解析41-43
• 4.4 CSTR-IC 兩相半連續(xù)厭氧工藝啟動43-47
• 4.4.1 CSTR-IC 兩相甲烷產(chǎn)量的變化44-46
• 4.4.2 IC 產(chǎn)甲烷相 VFA 含量的變化46-47
• 4.5 兩相與單相厭氧發(fā)酵甲烷產(chǎn)量比較47-48
• 4.6 兩相半連續(xù)產(chǎn)甲烷階段群落結(jié)構(gòu)解析48-52
• 4.7 本章小結(jié)52-54
• 第5章 利用產(chǎn)酸發(fā)酵液制取生物絮凝劑可行性54-62
• 5.1 不同時期產(chǎn)酸發(fā)酵液總還原糖含量的變化54-55
• 5.2 產(chǎn)酸復(fù)合型產(chǎn)絮培養(yǎng)基配比條件的優(yōu)化55-57
• 5.3 對絮凝率影響因素最優(yōu)水平求解57-58
• 5.4 產(chǎn)絮菌在最優(yōu)復(fù)合產(chǎn)絮培養(yǎng)基中產(chǎn)絮效果58-59
• 5.5 產(chǎn)絮菌在最優(yōu)復(fù)合產(chǎn)絮培養(yǎng)基中的生長情況59-60
• 5.6 以產(chǎn)酸發(fā)酵液制取生物絮凝劑產(chǎn)量60
• 5.7 本章小結(jié)60-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-69
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文69-71
• 致謝71

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高科技讓廢秸稈又添一種新用途    劉瑞峰 李麗云

我突破污水處理世界性難題    記者 吳金慧

高科技讓廢秸稈又添一種新“本事”    劉瑞峰 記者　 李麗云

廢秸稈代替大豆制凈水劑處理污水    劉瑞峰 記者　 初霞

哈工大學(xué)研制新型絮凝劑    劉瑞峰 記者　 高天賦

陳集鎮(zhèn)鐵腕治污打造生態(tài)環(huán)境型城鎮(zhèn)    張帆 閻世存

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環(huán)保產(chǎn)品離百姓生活并不遙遠    葉濱劉述波 胡占富

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