一體化兩相厭氧反應(yīng)器玉米秸稈產(chǎn)氣研究

【摘要】：隨著能源危機(jī)與環(huán)境污染成為制約人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要因素，開(kāi)發(fā)高效、低碳、可再生的新能源受到世界各國(guó)的高度重視。秸稈類(lèi)物質(zhì)作為一種數(shù)量龐大、價(jià)格低廉、獲取容易的農(nóng)業(yè)廢棄物，具有成為新能源所需底物的巨大潛力。然而，通常的秸稈類(lèi)物質(zhì)利用過(guò)程面臨著效率較低的瓶頸問(wèn)題。近年來(lái)，兩相厭氧消化技術(shù)在玉米秸稈利用過(guò)程中表現(xiàn)出廉價(jià)、環(huán)保、高效的諸多優(yōu)點(diǎn)，其研究與推廣具有較大的應(yīng)用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義?；诖吮疚难芯苛擞衩捉斩挼陌l(fā)酵前預(yù)處理以及小型一體化兩相厭氧反應(yīng)器的玉米秸稈產(chǎn)氣特性，同時(shí)設(shè)計(jì)了放大尺寸的一體化兩相厭氧發(fā)酵平臺(tái)。 為提高玉米秸稈在兩相厭氧反應(yīng)器中的發(fā)酵效果，本研究采用正交試驗(yàn)考察了重要參數(shù)對(duì)玉米秸稈酸、堿預(yù)處理過(guò)程的影響。結(jié)果顯示，溫度為影響酸、堿預(yù)處理過(guò)程的關(guān)鍵因素，且酸預(yù)處理的玉米秸稈糖化率遠(yuǎn)高于堿預(yù)處理。酸預(yù)處理得到的糖化液產(chǎn)氣能力略高于堿預(yù)處理，且產(chǎn)氣時(shí)間大幅縮短。單位質(zhì)量秸稈通過(guò)酸預(yù)處理得到的產(chǎn)氣量為53ml/g，為堿預(yù)處理的15.1倍，因此酸預(yù)處理為較適宜的玉米秸稈預(yù)處理方法。 考察了一體化兩相厭氧小試反應(yīng)器利用玉米秸稈的產(chǎn)氣過(guò)程，提出以廉價(jià)糖蜜為替代底物的厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)方案，并研究了此方案下的啟動(dòng)特性。研究結(jié)果表明：?jiǎn)?dòng)時(shí)產(chǎn)酸相污泥接種量為9.7g-VSS/L，甲烷相反應(yīng)器利用厭氧污泥接種，實(shí)現(xiàn)了28天的快速啟動(dòng)過(guò)程，其中產(chǎn)酸反應(yīng)器與產(chǎn)甲烷反應(yīng)器分別在第14天和第18天即出現(xiàn)產(chǎn)氣現(xiàn)象。結(jié)果表明利用糖蜜且接種成熟的厭氧污泥可以實(shí)現(xiàn)厭氧反應(yīng)器的快速啟動(dòng)過(guò)程。 利用一體化兩相厭氧反應(yīng)器進(jìn)行玉米秸稈產(chǎn)氣的小試試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)水秸稈含量為0.74g/L，反應(yīng)器總?cè)莘e負(fù)荷為0.678kg-COD/m3·d，總HRT為96h時(shí)，最大產(chǎn)氣量為1.06L/d；玉米秸稈在產(chǎn)酸相停留時(shí)間最少應(yīng)達(dá)到16h；另外，降低玉米秸稈顆粒的尺寸、延長(zhǎng)水力停留時(shí)間都可以提高厭氧反應(yīng)器對(duì)玉米秸稈利用效率。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一體化兩相厭氧反應(yīng)器具有較強(qiáng)的抗沖擊能力，其中甲烷相在底物改變過(guò)程中能夠穩(wěn)定產(chǎn)氣，表現(xiàn)出這種反應(yīng)器形式在復(fù)雜底物利用方面的優(yōu)勢(shì)。 為進(jìn)一步研究玉米秸稈兩相厭氧消化的產(chǎn)能特性，優(yōu)化并搭建了中試水平的一體化厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣裝置。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用MATLAB輔助計(jì)算，重新設(shè)計(jì)了產(chǎn)氣裝置的保溫系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算新的保溫系統(tǒng)，系統(tǒng)僅需568W即可在最?lèi)毫拥墓ぷ鳝h(huán)境下維持整個(gè)系統(tǒng)的控溫要求。通過(guò)Fluent軟件，利用計(jì)算流體力學(xué)的方法優(yōu)化了擾泥結(jié)構(gòu)，提高了厭氧反應(yīng)器的性能。通過(guò)設(shè)計(jì)建立了此類(lèi)問(wèn)題的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，而且此方法經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)整可適用于不同類(lèi)型的厭氧反應(yīng)器。 【關(guān)鍵詞】：兩相厭氧消化 預(yù)處理 動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 玉米秸稈 反應(yīng)器設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 生物質(zhì)能的特點(diǎn)11
• 1.2 玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)能研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用的意義11-12
• 1.2.2 玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)能的優(yōu)勢(shì)12-13
• 1.2.3 玉米秸稈預(yù)處理方法13-14
• 1.2.4 玉秸稈產(chǎn)氣研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 兩相厭氧消化工藝的優(yōu)勢(shì)及處理復(fù)雜底物的應(yīng)用現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 兩相厭氧消化工藝的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)15-17
• 1.3.2 兩相厭氧消化工藝應(yīng)用于復(fù)雜底物的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 厭氧反應(yīng)器中試設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4.1 中試厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì)思路19
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)外厭氧反應(yīng)器中試試驗(yàn)現(xiàn)狀19-21
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容與意義21-23
• 1.5.1 課題的提出21
• 1.5.2 研究意義21
• 1.5.3 研究?jī)?nèi)容與思路21-23
• 第2章 試驗(yàn)材料與方法23-28
• 2.1 試驗(yàn)材料23
• 2.2 試驗(yàn)裝置23-24
• 2.3 試驗(yàn)方法24-26
• 2.3.1 玉米秸稈預(yù)處理?xiàng)l件優(yōu)化試驗(yàn)24-25
• 2.3.2 玉米秸稈靜態(tài)產(chǎn)氣試驗(yàn)25-26
• 2.4 測(cè)量指標(biāo)與方法26-28
• 2.4.1 預(yù)處理試驗(yàn)中還原糖測(cè)量方法26-27
• 2.4.2 玉米秸稈靜態(tài)產(chǎn)氣試驗(yàn)產(chǎn)氣量測(cè)量27-28
• 第3章 玉米秸稈酸、堿預(yù)處理參數(shù)優(yōu)化研究28-36
• 3.1 酸、堿預(yù)處理糖化效果的影響因素選取28-29
• 3.2 基于正交試驗(yàn)法的最佳預(yù)處理參數(shù)確定研究29-33
• 3.2.1 玉米秸稈酸預(yù)處理試驗(yàn)30-31
• 3.2.2 玉米秸稈堿預(yù)處理試驗(yàn)31-33
• 3.3 不同預(yù)處理方式影響發(fā)酵菌利用玉米秸稈研究33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 玉米秸稈動(dòng)態(tài)產(chǎn)氣小試試驗(yàn)研究36-48
• 4.1 厭氧反應(yīng)器快速啟動(dòng)試驗(yàn)研究36-39
• 4.1.1 啟動(dòng)底物選取與污泥接種36
• 4.1.2 啟動(dòng)負(fù)荷的選取36-37
• 4.1.3 啟動(dòng)特性分析37-39
• 4.2 酸預(yù)處理玉米秸稈動(dòng)態(tài)產(chǎn)氣試驗(yàn)研究39-47
• 4.2.1 各因素對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行狀況的影響39-45
• 4.2.2 秸稈動(dòng)態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)運(yùn)行總結(jié)45-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 第5章 中試水平一體化兩相厭氧試驗(yàn)裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)48-68
• 5.1 中試一體化兩相厭氧產(chǎn)氣裝置介紹48-52
• 5.2 中試水平一體化兩相厭氧產(chǎn)氣裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)52-67
• 5.2.1 保溫結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)52-56
• 5.2.2 擾泥結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)56-63
• 5.2.3 其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63-67
• 5.3 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果77-78
• 致謝78

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砂姜黑土區(qū)小麥玉米一年兩熟秸稈全量還田對(duì)夏玉米生育及產(chǎn)量影響研究    沈?qū)W善

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的厭氧反應(yīng)器模擬預(yù)測(cè)及其運(yùn)行狀態(tài)估計(jì)    曹剛

稀硝酸作用下玉米秸稈熱水解及水解液生物酸化的研究    張蕊

一體化兩相厭氧反應(yīng)器玉米秸稈產(chǎn)氣研究    孫向文

城市生物質(zhì)廢物的兩相厭氧消化工藝研究    王凱楠

纖維素酶高產(chǎn)菌株選育與玉米秸稈生產(chǎn)酒精工藝研究    王倩

甜椒有機(jī)栽培基質(zhì)的研究    邊鳴鏑

微生物處理玉米秸稈生產(chǎn)蛋白飼料的研究    張紅蓮

新型兩相兩階段厭氧反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)與處理造紙廢水性能研究    陳云

松嫩草原重度鹽堿化草地玉米秸稈改良研究    吳泠

添加劑對(duì)玉米秸稈青貯飼料質(zhì)量影響的試驗(yàn)研究    席興軍

利用體外產(chǎn)氣法研究玉米秸稈瘤胃發(fā)酵的影響因素    許琴

玉米秸稈莖葉分離機(jī)理試驗(yàn)研究    高夢(mèng)祥