秸稈兩相厭氧發(fā)酵相分離技術(shù)研究

【摘要】：隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,農(nóng)作物秸稈的處理問題日益嚴(yán)峻,將農(nóng)作物秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣是秸稈資源化的有效途徑之一,受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。兩相厭氧發(fā)酵工藝因可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離,產(chǎn)氣效率和有機(jī)負(fù)荷較傳統(tǒng)的單相工藝明顯提高,具有更好的應(yīng)用前景。本文主要針對在實(shí)際運(yùn)行中,秸稈兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分離效果不好,產(chǎn)酸相產(chǎn)氣較多,而產(chǎn)甲烷相產(chǎn)氣率較低,導(dǎo)致秸稈生物轉(zhuǎn)化率低、產(chǎn)氣品質(zhì)差等問題進(jìn)行了研究。期望通過相關(guān)調(diào)控措施研究,減少產(chǎn)酸相產(chǎn)氣、提高產(chǎn)甲烷相的產(chǎn)氣量,這對工程運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸相的敞口運(yùn)行至關(guān)重要,最終達(dá)到減少工程投資、方便操作運(yùn)行和隨時(shí)進(jìn)出料的目的。 1.通過對回流液進(jìn)行曝氣處理,來研究其對相分離的影響。結(jié)果表明：回流液曝氣處理與未曝氣處理系統(tǒng)的COD、SCOD、VFA、日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)甲烷含量、累積產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)甲烷量,曝氣與未曝氣處理問沒有明顯的差別；曝氣處理后回流液的pH明顯較曝氣前與未曝氣處理明顯增加,但是對兩相分離并沒有明顯影響；曝氣處理對稻秸纖維素、半纖維素及木質(zhì)素的降解也沒有明顯影響。故對回流液曝氣處理不能實(shí)現(xiàn)相分離的目的。 2.試驗(yàn)以葡萄糖為底物,通過調(diào)節(jié)發(fā)酵液起始pH值及向厭氧反應(yīng)器內(nèi)曝氣,研究pH調(diào)節(jié)與曝氣處理對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量及產(chǎn)甲烷量的影響。結(jié)果表明：通過持續(xù)曝氣處理,降低了反應(yīng)器料液的pH值、提高了反應(yīng)器料液的氧化還原電位、促使反應(yīng)器中異丁酸和異戊酸積累,同時(shí)能夠降低反應(yīng)器的產(chǎn)氣量及甲烷濃度,其中最大與最小累積產(chǎn)氣量之間相差5倍左右；最大與最小累積產(chǎn)甲烷量之間相差330多倍；綜合試驗(yàn)結(jié)果,起始pH值、曝氣間隔時(shí)間及曝氣量分別為6.0、8h和5L對厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣量和產(chǎn)甲烷量的抑制有明顯效果。 3.為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)2的效果,將實(shí)驗(yàn)2獲得的參數(shù)在秸稈兩相厭氧系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證,將兩相系統(tǒng)的產(chǎn)酸相的起始pH值、曝氣間隔時(shí)間及曝氣量分別設(shè)置為6.0、8h和5L。結(jié)果表明：適宜的曝氣處理間隔時(shí)間和起始pH調(diào)節(jié)能抑制產(chǎn)酸相產(chǎn)氣能力及產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)甲烷能力,但是曝氣處理兩相系統(tǒng)產(chǎn)甲烷相的產(chǎn)氣量和產(chǎn)甲烷量并沒有比未曝氣處理的增加。曝氣處理兩相系統(tǒng)的總產(chǎn)氣量和總產(chǎn)甲烷量分別為未曝氣處理的1/3和1/5左右,表明通過曝氣處理,雖然降低了產(chǎn)酸相產(chǎn)氣量,但同時(shí)也影響了秸稈水解速度或?qū)е滤猱a(chǎn)物在酸化相被消耗,故通過對兩相系統(tǒng)水解酸化相進(jìn)行起始pH調(diào)節(jié)及曝氣處理,未能達(dá)到預(yù)想的兩相分離效果。 【關(guān)鍵詞】：稻秸 兩相厭氧發(fā)酵 曝氣 pH 相分離
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：S216.4
【目錄】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 符號(hào)說明11-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 厭氧消化的機(jī)理和工藝12-15
• 1.1.1 厭氧消化機(jī)理12-14
• 1.1.2 厭氧消化工藝14-15
• 1.2 兩相厭氧消化工藝的概況15-24
• 1.2.1 兩相厭氧消化的基本原理15-16
• 1.2.2 兩相厭氧消化的特點(diǎn)16-17
• 1.2.3 兩相厭氧發(fā)酵工藝反應(yīng)器17-18
• 1.2.4 兩相厭氧消化工藝的發(fā)展18-19
• 1.2.5 兩相厭氧消化的影響因素19-22
• 1.2.6 相分離的實(shí)現(xiàn)對整個(gè)工藝的影響22
• 1.2.7 相分離方法及研究22-24
• 1.3 研究日的意義及內(nèi)容24-26
• 1.3.1 研究的目的意義24
• 1.3.2 研究的內(nèi)容24-26
• 第二章 回流液曝氣對相分離的影響26-44
• 2.1 材料與方法26-32
• 2.1.1 試驗(yàn)材料與工藝26-28
• 2.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)28-29
• 2.1.3 檢測項(xiàng)目與方法29-31
• 2.1.4 數(shù)據(jù)分析31-32
• 2.2 結(jié)果與分析32-42
• 2.2.1 曝氣處理與未曝氣處理回流液pH的變化32
• 2.2.2 曝氣處理回流液溶解氧(DO)的變化32-33
• 2.2.3 兩相系統(tǒng)中COD、SCOD的變化情況33-36
• 2.2.4 曝氣與未曝氣處理日產(chǎn)氣量36-37
• 2.2.5 曝氣與未曝氣處理日產(chǎn)甲烷含量變化37-38
• 2.2.6 曝氣與未曝氣處理累積產(chǎn)氣量以及累積產(chǎn)甲烷量38-40
• 2.2.7 曝氣與未曝氣處理VFAs變化情況40-42
• 2.2.8 稻秸發(fā)酵前后纖維素、半纖維素及木質(zhì)素含量變化與降解率42
• 2.3 本章小結(jié)42-44
• 第三章 PH與曝氣調(diào)節(jié)對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量和產(chǎn)甲烷量的影響44-66
• 3.1 材料與方法44-46
• 3.1.1 試驗(yàn)材料44
• 3.1.2 試驗(yàn)裝置44-45
• 3.1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)45
• 3.1.4 檢測項(xiàng)目與方法45
• 3.1.5 數(shù)據(jù)分析45-46
• 3.2 結(jié)果與分析46-65
• 3.2.1 pH變化46-47
• 3.2.2 Eh值變化47-49
• 3.2.3 產(chǎn)氣量變化49-51
• 3.2.4 甲烷含量變化51-53
• 3.2.5 累積產(chǎn)氣量和累積產(chǎn)甲烷量53-55
• 3.2.6 VFAs變化55-61
• 3.2.7 不同因素試驗(yàn)處理產(chǎn)氣量和產(chǎn)甲烷量情況61-63
• 3.2.8 不同試驗(yàn)處理單位質(zhì)量葡萄糖產(chǎn)氣量和產(chǎn)甲烷量的方差分析63-65
• 3.3 本章小結(jié)65-66
• 第四章 產(chǎn)酸相PH與曝氣調(diào)節(jié)對相分離的影響66-78
• 4.1 材料與方法66-68
• 4.1.1 試驗(yàn)材料與工藝66
• 4.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)66-67
• 4.1.3 檢測項(xiàng)目與方法67-68
• 4.1.4 數(shù)據(jù)分析68
• 4.2 結(jié)果與分析68-77
• 4.2.1 產(chǎn)酸相pH變化68-69
• 4.2.2 產(chǎn)酸相Eh的變化情況69-70
• 4.2.3 不同處理產(chǎn)氣量及甲烷含量的變化情況70-73
• 4.2.4 不同處理累積產(chǎn)氣量和累積產(chǎn)甲烷量情況73-75
• 4.2.5 發(fā)酵前后稻秸三素含量變化及干物質(zhì)損失情況75-77
• 4.3 本章小結(jié)77-78
• 第五章 結(jié)論與展望78-80
• 5.1 結(jié)論78
• 5.2 創(chuàng)新之處78
• 5.3 存在的問題與不足78
• 5.4 進(jìn)一步的研究展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-86
• 致謝86

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