秸稈類原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣試驗研究

【摘要】：從實際沼氣工程中可能遇到的問題出發(fā),通過實驗室小型試驗裝置研究秸稈類原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的特性。試驗以容積1000ml的錐形瓶為發(fā)酵罐進(jìn)行靜態(tài)厭氧發(fā)酵,利用水浴鍋來控制發(fā)酵溫度,利用排水法收集發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣,用紅外沼氣分析儀測定所產(chǎn)氣體的成分,測定原料反應(yīng)前后主要化學(xué)成分的變化。試驗研究了原料預(yù)處理、發(fā)酵條件和乙醇添加量等對秸稈類原料發(fā)酵產(chǎn)沼氣效果的影響,同時還分析了提高沼氣產(chǎn)量和沼氣中甲烷含量的方法以及不同原料的發(fā)酵產(chǎn)氣特性,為實際沼氣工程優(yōu)化工藝、降低能耗和提高效益提供一定的參考和依據(jù)。 在試驗開始進(jìn)行之前需要自行培養(yǎng)發(fā)酵所需的接種物,通過培養(yǎng)馴化培養(yǎng)后獲得了原適溫度分別為中溫(35℃和45℃)和高溫(53℃)的三中菌種。這些菌種活性比豬糞或污泥好,接種物自身不產(chǎn)生沼氣。根據(jù)發(fā)酵溫度選擇相適應(yīng)的接種物使得接種后啟動較快且不會因為接種物影響原料產(chǎn)氣率的測定,因此可以獲得比較準(zhǔn)確的試驗數(shù)據(jù)。試驗獲得的主要結(jié)論有： (1)在研究堆漚時間對發(fā)酵的影響時用到了油菜秸、湖北棉秸及甘蔗渣3種原料,將各原料粉碎至粒徑約3cm進(jìn)行試驗,發(fā)現(xiàn)油菜秸不需要堆漚即可順利啟動發(fā)酵,湖北棉秸和甘蔗渣的最佳堆漚時間為7天。 (2)以甘蔗渣為原料進(jìn)行試驗得出其厭氧發(fā)酵的最佳條件是：初始pH7.8,接種率30%,添加適當(dāng)攪拌,確保菌種的原適溫度與發(fā)酵溫度相同進(jìn)行發(fā)酵。當(dāng)初始pH小于7.0時發(fā)酵啟動慢且產(chǎn)氣率低。接種率小于30%時產(chǎn)氣率為接種率50%時的1/3,當(dāng)接種率大于50%發(fā)酵效果變化不大。同一發(fā)酵條件下添加攪拌可以使常溫和35℃發(fā)酵產(chǎn)氣率分別提高12.81%和11.55%并可以明顯縮短發(fā)酵周期和提高降解率。發(fā)酵溫度升高有利于有機(jī)物的降解,溫度為45℃和53℃時發(fā)酵后的沼液的COD值都大于500mg·L-1。 (3)以互花米草為原料進(jìn)行試驗發(fā)現(xiàn)添加乙醇可以使產(chǎn)氣率提高2-3倍并維持3-5天,使甲烷含量達(dá)到80%并維持15天左右。發(fā)酵初期添加適量的乙醇可以在發(fā)酵第3天使甲烷含量達(dá)到60%。發(fā)酵過程中乙醇的最佳添加量為發(fā)酵體積的0.75%,當(dāng)乙醇添加量超過2.0%時會導(dǎo)致發(fā)酵停止。添加乙醇對有機(jī)物的降解率沒有明顯影響,乙醇的轉(zhuǎn)化利用率為74.0%。 (4)以菇渣為發(fā)酵原料進(jìn)行干發(fā)酵發(fā)現(xiàn)最佳總固體濃度為17.5%,總固體濃度大于17.5%中溫發(fā)酵時不能正常啟動但是高溫下可以順利啟動發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵因酸化停止產(chǎn)氣時可以通過添加沼液或NaOH溶液使其重新恢復(fù)產(chǎn)氣。添加沼液可以使產(chǎn)氣率恢復(fù)到正常產(chǎn)氣水平,添加NaOH只能使產(chǎn)氣率恢復(fù)到正常產(chǎn)氣率的1/2。 (5)通過對不同原料的發(fā)酵特性進(jìn)行研究和對比發(fā)現(xiàn)黃互花米草的產(chǎn)氣潛能最大,中溫(35℃)發(fā)酵時其有機(jī)物產(chǎn)氣率為622.82ml·g-1。黃玉米秸和黃米草在中溫發(fā)酵條件下的產(chǎn)氣效果較好,青玉米秸和青米草在高溫發(fā)酵條件下的發(fā)酵效果較好。新疆棉秸比湖北棉秸的產(chǎn)氣效果好,以黃互花米草米草為原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵所產(chǎn)的沼氣甲烷平均含量最高(67.32%),甘蔗渣適合作為厭氧發(fā)酵的原料但是造紙渣厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣率低不適合作為厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的原料。 【關(guān)鍵詞】：秸稈 沼氣 預(yù)處理 發(fā)酵條件
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 簡略詞表11-12
• 1 前言12-22
• 1.1 研究秸稈沼氣的目的及意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 關(guān)于預(yù)處理和反應(yīng)條件14-17
• 1.2.2 關(guān)于不同發(fā)酵原料17-18
• 1.2.3 關(guān)于添加外源物質(zhì)18-19
• 1.2.4 小結(jié)19-20
• 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線20-22
• 1.3.1 研究內(nèi)容20-21
• 1.3.2 擬解決的關(guān)鍵問題21
• 1.3.3 技術(shù)路線21-22
• 2 材料與方法22-25
• 2.1 試驗材料22
• 2.2 試驗裝置與儀器22-23
• 2.3 測定指標(biāo)與試驗方法23-25
• 3 結(jié)果與分析25-57
• 3.1 堆漚對厭氧發(fā)酵的影響分析25-29
• 3.1.1 堆漚操作25-26
• 3.1.2 原料不堆漚的發(fā)酵特性26-27
• 3.1.3 堆漚時間對厭氧發(fā)酵特性的影響27-29
• 3.1.4 小結(jié)29
• 3.2 發(fā)酵條件的影響29-53
• 3.2.1 初始pH值29-30
• 3.2.2 接種率30-32
• 3.2.3 發(fā)酵溫度和撥拌對產(chǎn)氣效果的影響32-40
• 3.2.4 菌種原適溫度特性40-41
• 3.2.5 干發(fā)酵特性41-49
• 3.2.6 添加乙醇對發(fā)酵的影響49-53
• 3.3 不同原料發(fā)酵特性53-57
• 3.3.1 試驗設(shè)置53
• 3.3.2 試驗結(jié)果53-55
• 3.3.3 特性分析與對比55-57
• 4 總結(jié)與展望57-60
• 4.1 主要結(jié)論57-58
• 4.2 不足及展望58-60
• 4.2.1 不足58
• 4.2.2 展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 附錄65-66
• 致謝66

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