沼液堆漚玉米秸稈厭氧干發(fā)酵試驗與機理研究

【摘要】：厭氧干發(fā)酵具有底物來源廣泛、單位容積產(chǎn)能能力高、節(jié)約水源、廢渣含水量低等優(yōu)勢,但較低含水量會導(dǎo)致攪拌困難、傳質(zhì)過程緩慢,從而導(dǎo)致發(fā)酵過程不穩(wěn)定。針對以上問題,本文研究了沼液堆漚預(yù)處理和發(fā)酵條件對玉米秸稈厭氧干發(fā)酵效果的影響,研究了沼液堆漚玉米秸稈厭氧干發(fā)酵過程中基質(zhì)特性的變化規(guī)律；設(shè)計搭建了可用于厭氧干發(fā)酵機制研究的試驗平臺。主要的研究內(nèi)容及結(jié)論如下： 1.以沼液堆漚預(yù)處理的玉米秸稈為原料進(jìn)行厭氧干發(fā)酵試驗,結(jié)果表明：雖然沼液堆漚預(yù)處理并不能顯著的增加沼氣中的CH4含量,但預(yù)處理秸稈的發(fā)酵啟動速度快,日產(chǎn)氣量大,30天內(nèi)的累計產(chǎn)氣量比未處理秸稈提高42.22%,明顯縮短了水力滯留時間,提高了發(fā)酵效率。 2.以底物初始pH、物料填充密度、發(fā)酵罐高徑比、接種方式為試驗因素進(jìn)行正交試驗,對沼液堆漚玉米秸稈厭氧干發(fā)酵工藝進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：初始pH與填充密度對發(fā)酵過程的影響較大,而高徑比和接種方式的影響相對較弱,最優(yōu)發(fā)酵工藝條件為：基質(zhì)初始pH8.0、填充密度0.55-0.60kg/L、高徑比1：1、接種方式為將底物和接種物均分成五份。所有參數(shù)對堿度的影響都是顯著的,對pH的影響都是不顯著的。初始pH、填充密度、高徑比對總固體(TS)、揮發(fā)性固體(VS)消耗利用的影響是顯著的；接種方式對TS、VS的影響不顯著。初始pH、填充密度和接種方式對CH4含量、日產(chǎn)氣量和累計產(chǎn)氣量變化的影響較為明顯,而高徑比的影響不明顯；初始pH、填充密度和接種方式對C02含量變化的影響不明顯,而高徑比的影響較為明顯。 3.以底物和接種物分層放置的接種方式進(jìn)行厭氧干發(fā)酵試驗,研究沼液堆漚玉米秸稈厭氧干發(fā)酵基質(zhì)特性的變化規(guī)律,結(jié)果表明：底物層與種子層的物料特性具有不同的變化趨勢。上部底物與下部底物TS、VS的變化也有十分明顯的差異,兩者的pH和堿度的變化趨勢相似,但是變化程度不同。日產(chǎn)氣量在第3天達(dá)到第一次峰值,其中成分以CO2為主；之后再次迅速增長達(dá)到峰值并稍有回落進(jìn)入穩(wěn)定期,期間CH4含量逐漸升高至50%左右,并保持穩(wěn)定直至試驗結(jié)束。各層底物中的乙酸含量的變化趨勢相似,迅速增長然后迅速降低,產(chǎn)氣進(jìn)入穩(wěn)定期時由于乙酸被及時轉(zhuǎn)化而造成濃度降低至接近于0。接種物層檢測不到乙酸和丙酸的存在。底物層中的丙酸含量也是先以較快速度上升然后逐漸下降,但其完全被消耗的時間與日產(chǎn)氣量開始下降的時間一致。說明在產(chǎn)氣穩(wěn)定期,乙酸化速度是限制日產(chǎn)氣量的主要因素,而底物的水解和酸化速度則是衰竭期日產(chǎn)氣量的限制因素。 4.設(shè)計搭建了能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)酵基質(zhì)溫度與pH實時在線檢測和隨時取樣進(jìn)行基質(zhì)特性分析的厭氧干發(fā)酵試驗平臺,為厭氧干發(fā)酵機制的進(jìn)一步研究提供了硬件支持。 【關(guān)鍵詞】：沼液堆漚 厭氧干發(fā)酵 工藝優(yōu)化 基質(zhì)特性 干發(fā)酵試驗臺
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 厭氧干發(fā)酵研究現(xiàn)狀10-20
• 1.2.1 厭氧干發(fā)酵理論模型11-16
• 1.2.2 厭氧發(fā)酵過程動力學(xué)研究進(jìn)展16-20
• 1.2.3 研究展望20
• 1.3 研究對象選擇20-21
• 1.4 預(yù)處理方法選擇21-22
• 1.5 基本實驗參數(shù)的確定22-24
• 1.5.1 原料的C/N比22-23
• 1.5.2 總固體含量(TS)23
• 1.5.3 接種量23
• 1.5.4 發(fā)酵溫度23-24
• 1.5.5 pH值24
• 1.6 研究內(nèi)容24-25
• 第二章 材料與方法25-28
• 2.1 試驗材料25
• 2.2 測定指標(biāo)與方法25-26
• 2.2.1 TS、VS、C、N含量測定25
• 2.2.2 pH值測定25
• 2.2.3 堿度測定25
• 2.2.4 VFA含量測定25-26
• 2.2.5 氣體分析26
• 2.3 儀器設(shè)備及試驗裝置26-28
• 第三章 沼液堆漚玉米秸稈厭氧干發(fā)酵試驗28-32
• 3.1 秸稈堆漚28
• 3.2 干發(fā)酵試驗28-29
• 3.3 結(jié)果與分析29-31
• 3.3.1 氣體成分29-30
• 3.3.2 氣體產(chǎn)量30-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第四章 沼液堆漚玉米秸稈干發(fā)酵參數(shù)影響探究32-53
• 4.1 研究目的32
• 4.2 試驗方案32-34
• 4.3 各因素對物料特性的影響34-40
• 4.3.1 極差分析34-36
• 4.3.2 方差分析36-40
• 4.4 各因素對產(chǎn)氣情況的影響40-52
• 4.4.1 各因素對氣體成分的影響40-46
• 4.4.2 各因素對產(chǎn)氣量的影響46-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 沼液堆漚玉米秸稈厭氧干發(fā)酵過程研究53-65
• 5.1 研究目的53
• 5.2 試驗方案53
• 5.3 物料特性53-60
• 5.3.1 TS變化53-55
• 5.3.2 VS變化55-56
• 5.3.3 pH變化56-58
• 5.3.4 堿度變化58-60
• 5.4 產(chǎn)氣情況60-61
• 5.4.1 氣體成分60
• 5.4.2 氣體產(chǎn)量60-61
• 5.5 中間產(chǎn)物61-64
• 5.5.1 乙酸含量變化61-62
• 5.5.2 丙酸含量變化62-64
• 5.6 本章小結(jié)64-65
• 第六章 厭氧干發(fā)酵試驗臺的搭建65-67
• 6.1 研究目的65
• 6.2 試驗臺總體示意圖與工作原理65-66
• 6.3 上端蓋小孔分布示意圖66
• 6.4 取樣器示意圖與工作原理66
• 6.5 本章小結(jié)66-67
• 第七章 論文總結(jié)67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與的課題72-73
• 致謝73

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