汽爆秸稈兩相法厭氧發(fā)酵試驗研究

【摘要】：在化石能源日漸匱乏、能源形勢日益緊張的今天，人類尋找替代或輔助能源并提高能源利用效率的要求顯得愈加迫切。目前我國農(nóng)作物秸稈資源總量豐富但利用水平較低，如能將其用于沼氣發(fā)酵，不僅能解決當前因焚燒秸稈、濫用化肥而造成的環(huán)境污染，也能緩解能源緊張給社會帶來的壓力。同時，由于秸稈中木質(zhì)素、纖維素、半纖維素相互纏繞，不利于發(fā)酵，需對其進行預(yù)處理。汽爆破預(yù)處理已經(jīng)被廣大學(xué)者證明是一種有效的秸稈預(yù)處理方法，但秸稈汽爆預(yù)處理后用于厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性的研究并不多見。 本文是在農(nóng)業(yè)部“引進國際先進農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)”項目：秸稈厭氧發(fā)酵技術(shù)引進、消化與創(chuàng)新（編號2010-s25,2011-s15）的資金扶持下進行。 本文對玉米秸稈進行了蒸汽爆破預(yù)處理并進行兩相厭氧發(fā)酵試驗，并與單相厭氧發(fā)酵試驗的結(jié)果進行對比，選取了不同原料濃度，對產(chǎn)酸相的pH值、揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）值的變化特性和其對厭氧發(fā)酵的影響進行了分析。并進行了兩相厭氧發(fā)酵工藝條件的研究，得到了產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段的最適工藝參數(shù)。研究得出的主要研究結(jié)論如下： （1）對比不同消化液TS濃度對厭氧反應(yīng)的影響發(fā)現(xiàn)，較高濃度的TS，料液pH值下降速度較快，并長時間維持在較低的pH值內(nèi)，造成料液酸化，不利于發(fā)酵的進行，延長了發(fā)酵周期；同時，高濃度發(fā)酵對于產(chǎn)氣量和甲烷含量的影響很大，往往是產(chǎn)氣量和甲烷含量隨TS升高而降低。 （2）通過對3種VFAs在試驗過程中含量變化的分析，發(fā)現(xiàn)微生物對乙酸和丁酸利用較多，在整個發(fā)酵周期里乙酸和丁酸的含量變化較大，但對丙酸利用較少。 （3）對不同溫度的厭氧發(fā)酵研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用中溫35℃進行兩相厭氧發(fā)酵試驗最為適宜。 （4）兩相厭氧發(fā)酵試驗中采用不同回流量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在回流量為120mL時，可以獲得較高的產(chǎn)氣量和甲烷體積含量，分別為11005mL和68.3%。 （5）通過比較兩相和單相厭氧反應(yīng)器運行效果，發(fā)現(xiàn)兩相厭氧發(fā)酵過程中經(jīng)過產(chǎn)酸相的緩沖之后，兩相反應(yīng)器中產(chǎn)甲烷菌對pH值的適應(yīng)范圍更廣，更耐受沖擊負荷和環(huán)境驟變，單位有機物平均產(chǎn)氣量達到660.6mL/gVS，比單相發(fā)酵提高52%，發(fā)酵周期縮短60%。在處理農(nóng)作物秸稈廢棄物時，兩相厭氧發(fā)酵工藝顯示出極大的優(yōu)勢。 【關(guān)鍵詞】：蒸汽爆破 玉米秸稈 兩相 厭氧發(fā)酵
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：S216.2;S38
【目錄】：

• 致謝4-8
• 摘要8-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景9
• 1.2 秸稈利用現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 秸稈的產(chǎn)生和性質(zhì)9-10
• 1.2.2 秸稈的利用方式10-11
• 1.3 厭氧消化工藝原理11-15
• 1.3.1 厭氧消化的基本原理11
• 1.3.2 厭氧消化的影響因素11-13
• 1.3.3 厭氧消化的三種階段理論13-14
• 1.3.4 厭氧消化的中間產(chǎn)物抑制機理14-15
• 1.4 兩相厭氧消化理論15-18
• 1.4.1 兩相厭氧發(fā)酵的基本理論15
• 1.4.2 兩相厭氧消化的特點15-16
• 1.4.3 兩相厭氧消化相分離方式16
• 1.4.4 兩相厭氧消化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.5 玉米秸稈的結(jié)構(gòu)分析18-19
• 1.6 研究內(nèi)容的提出19-20
• 1.6.1 研究內(nèi)容19
• 1.6.2 技術(shù)路線19-20
• 2 試驗材料與試驗方法20-29
• 2.1 試驗材料20
• 2.2 試驗儀器與設(shè)備20
• 2.3 分析方法20-26
• 2.3.1 TS、VS 的測定20-21
• 2.3.2 含氮量測定21
• 2.3.3 含碳量測定21-22
• 2.3.4 甲烷和二氧化碳的測定22-24
• 2.3.5 VFAs 測定24-26
• 2.3.6 pH 值測定26
• 2.3.7 產(chǎn)氣量測定26
• 2.4 試驗方法26-29
• 2.4.1 玉米秸稈汽爆預(yù)處理方法26
• 2.4.2 低固體（濕式）濃度厭氧發(fā)酵方案26-28
• 2.4.3 試驗方案設(shè)計28-29
• 3 汽爆玉米秸稈厭氧發(fā)酵試驗研究29-36
• 3.1 汽爆玉米秸稈在不同 TS 下的發(fā)酵效果29-32
• 3.1.1 汽爆玉米秸稈在不同 TS 下的發(fā)酵29-31
• 3.1.2 汽爆玉米秸稈在不同 TS 下的產(chǎn)氣效果31-32
• 3.1.3 小結(jié)32
• 3.2 低濃度發(fā)酵在不同溫度下的產(chǎn)酸相的發(fā)酵效果32-34
• 3.2.1 低濃度發(fā)酵在不同溫度下的產(chǎn)酸相的發(fā)酵32-34
• 3.2.2 小結(jié)34
• 3.3 汽爆玉米秸稈厭氧發(fā)酵試驗研究小結(jié)34-36
• 4 汽爆玉米秸稈兩相法厭氧發(fā)酵試驗研究36-46
• 4.1 發(fā)酵周期中 pH 值的變化36-37
• 4.2 發(fā)酵周期里產(chǎn)氣情況和產(chǎn)氣中甲烷含量的變化37-38
• 4.2.1 產(chǎn)氣情況37-38
• 4.2.2 產(chǎn)氣中甲烷含量的變化38
• 4.3 VFAs 的降解38-42
• 4.3.1 總 VFAs 的變化38-40
• 4.3.2 各組分 VFAs 的變化40-42
• 4.4 兩相與單相厭氧反應(yīng)器運行效果比較研究42-45
• 4.4.1 pH 變化42
• 4.4.2 揮發(fā)酸濃度變化42-43
• 4.4.3 有機物去除率43
• 4.4.4 產(chǎn)氣量和氣體成分43-44
• 4.4.5 單相和兩相反應(yīng)器產(chǎn)甲烷潛力分析44-45
• 4.5 小結(jié)45-46
• 5 結(jié)論與建議46-47
• 5.1 試驗結(jié)論46
• 5.2 試驗建議46-47
• 參考文獻47-51
• 碩士期間發(fā)表論文51
• Abstract51-52

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