藍藻與秸稈混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷及氣體純化研究

【摘要】：隨著社會經(jīng)濟發(fā)展,加劇了對能源的消耗,化石能源的總量隨著消耗日益減少,可持續(xù)發(fā)展的再生能源將成為未來能源系統(tǒng)的重要組成部分。沼氣是一種良好的可再生清潔能源,秸稈和藍藻來源豐富,是厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的首選原料。本研究將秸稈與藍藻進行混合厭氧發(fā)酵,解決單一物料進行厭氧發(fā)酵時碳氮比不適的問題,從碳氮比角度出發(fā),研究秸稈與藍藻的最佳配比。由于秸稈表面含有大量木質素纖維素等,導致秸稈難以利用和消化,本研究對秸稈進行NaOH預處理,研究不同濃度的NaOH預處理條件對混合厭氧發(fā)酵的影響,探索最佳預處理濃度。本研究可為秸稈和藍藻混合厭氧發(fā)酵技術的推廣及工程化提供理論依據(jù)和技術支持。主要研究內(nèi)容及結論如下：(1)研究單一藍藻、單一秸稈及按照碳比氮為25：1混合的秸稈與藍藻作為底物進行發(fā)酵實驗。結果表明按照碳比氮為25：1混合的秸稈與藍藻作為底物的發(fā)酵實驗產(chǎn)氣效果最好,從產(chǎn)氣結果來看,混合組的最大產(chǎn)氣量相較于秸稈組和藍藻組分別提高了1.89倍和29.12倍混合組的產(chǎn)氣總量相較于秸稈組和藍藻組分別提高了1.38倍和17.60倍,說明混合物料的產(chǎn)氣效果要遠高于單一秸稈及單一藍藻的產(chǎn)氣效果；從甲烷含量來看混合組的甲烷總產(chǎn)量最大,產(chǎn)氣效果最好。綜上,將藍藻與秸稈按照碳氮比25：1的比例混合后進行厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣效果要遠大于單一的藍藻或者單一的秸稈作為底物進行厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣效果。(2)分別用質量分數(shù)為2%、6%和10%的NaOH溶液對秸稈進行預處理,將秸稈清洗干燥后進行掃描電鏡觀察,結果表明經(jīng)過NaOH預處理的秸稈緊密結構被破壞,原料與纖維素酶的接觸面積增大,加快了纖維素的水解,進而對厭氧發(fā)酵起到一定的促進作用。增大NaOH質量分數(shù)會提高秸稈的破壞程度,但是過高的濃度會導致有機質的過度流失,所以適當?shù)馁|量分數(shù)NaOH預處理,能提高產(chǎn)氣效率。將預處理后的秸稈與藍藻按照25：1的碳氮比比例進行混合厭氧發(fā)酵,結果表明NaOH預處理秸稈能提高厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量,2%、6%和10%NaOH處理組較對照組總產(chǎn)氣量分別提高了143%、248%和222%,說明6%NaOH處理組產(chǎn)氣效果最好。對照組、6% NaOH處理組和10% NaOH處理組的甲烷含量都快速達到較高水平,并且平均含量相差不大。甲烷的實際產(chǎn)量等于產(chǎn)氣量和甲烷含量的乘積。前面結果表明,2%、6%和10% NaOH處理組的總產(chǎn)氣量都要遠大于對照組。所以各處理組的甲烷總產(chǎn)量都要大于對照組,其中6%NaOH處理組的產(chǎn)氣量最高,所以該組的產(chǎn)甲烷的總量也最大。綜合產(chǎn)氣效果、甲烷含量、發(fā)酵啟動時間等指標,秸稈和藍藻混合厭氧發(fā)酵中的秸稈預處理最優(yōu)的NaOH質量分數(shù)為6%。(3)利用實驗室已有氧化亞鐵硫桿菌菌種,用海藻酸鈉對微生物進行固定化,再利用實驗室自制裝置進行脫硫實驗,結果表明液氣比為3,入口處Fe3+為7 g/L,吸收液液面高度為0.55 m時,脫硫率可以達到98%以上。 【關鍵詞】：生物脫硫 NaOH預處理 藍藻 秸稈 厭氧發(fā)酵
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S216.4;X712
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 概述9-10
• 1.2 稻稈的資源化利用10-16
• 1.2.1 稻稈資源利用狀況10-11
• 1.2.2 稻稈厭氧消化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 秸稈預處理研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 藍藻的資源化利用16
• 1.3.1 藍藻資源化利用研究現(xiàn)狀16
• 1.3.2 藍藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術16
• 1.4 生物質垃圾厭氧消化技術16-18
• 1.4.1 生物質垃圾厭氧消化技術國內(nèi)外研究進展16-18
• 1.4.2 厭氧發(fā)酵技術18
• 1.5 沼氣純化18-20
• 1.5.1 沼氣純化技術18-19
• 1.5.2 生物脫硫及氧化亞鐵硫桿菌固定化技術19-20
• 1.6 本課題研究目的、意義及主要內(nèi)容20-22
• 1.6.1 研究目的與意義20-21
• 1.6.2 研究主要內(nèi)容21-22
• 1.7 技術路線22-23
• 第二章 藍藻與秸稈混合厭氧發(fā)酵技術23-31
• 2.1 引言23-24
• 2.2 材料與方法24-26
• 2.2.1 實驗材料24
• 2.2.2 間歇式厭氧發(fā)酵試驗方法24-25
• 2.2.3 分析項目及方法25-26
• 2.3 結果與討論26-29
• 2.3.1 混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量分析26-27
• 2.3.2 沼氣中甲烷含量變化分析27-28
• 2.3.3 沼氣中CO_2含量變化分析28-29
• 2.4 本章小結29-31
• 第三章 不同濃度NaOH對藍藻與秸稈混合厭氧發(fā)酵的影響31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 材料與方法31-33
• 3.2.1 實驗材料31-32
• 3.2.2 實驗設計32
• 3.2.3 分析項目及方法32-33
• 3.3 結果與討論33-38
• 3.3.1 NaOH預處理對秸稈結構的影響33-34
• 3.3.2 混合厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)氣量分析34-35
• 3.3.3 混合厭氧發(fā)酵過程中的VFA含量變化35-36
• 3.3.4 混合厭氧發(fā)酵過程中的甲烷含量變化36-37
• 3.3.5 混合厭氧發(fā)酵過程中的硫化氫含量變化37-38
• 3.4 本章小結38-40
• 第四章 固定化氧化亞鐵硫桿菌除硫實驗40-45
• 4.1 引言40
• 4.2 材料與方法40-43
• 4.2.1 實驗材料40-41
• 4.2.2 實驗方法41-42
• 4.2.3 固定化氧化亞鐵硫桿菌脫硫工藝及原理42-43
• 4.3 實驗結果與討論43-44
• 4.4 本章小結44-45
• 第五章 結論與展望45-47
• 5.1 本研究的主要結論45-46
• 5.2 實驗中不足及展望46-47
• 參考文獻47-54
• 致謝54-55
• 附錄：攻讀碩士期間取得的學術成果55

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