農(nóng)作物秸稈厭氧發(fā)酵的接種物馴化特性研究

【摘要】： 厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼技術(shù)可以將秸稈等一類有機質(zhì)在厭氧微生物作用下轉(zhuǎn)化成一種可替代化石能源的清潔能源——沼氣。它不僅可以對大量秸稈資源進行充分利用,還能解決秸稈生物質(zhì)的能源轉(zhuǎn)化問題。 本課題以切碎的稻草秸稈為底物,對厭氧活性污泥進行直接馴化,并針對稻草秸稈中元素成分比例以及厭氧發(fā)酵微生物所需的營養(yǎng)元素,在培養(yǎng)液中添加一定量的不同種類營養(yǎng)鹽。根據(jù)接種后培養(yǎng)液的產(chǎn)氣、產(chǎn)甲烷情況以及物料的理化環(huán)境指標來考察接種物的活性和馴化情況,優(yōu)化接種物馴化條件。最后采用厭氧發(fā)酵一級反應動力學模型對試驗數(shù)據(jù)進行擬合,比較不同反應條件下的動力學參數(shù)差異,進一步探討其反應機理。 試驗結(jié)果表明,在常溫以及不經(jīng)其他預處理的條件下,以秸稈為唯一底物的厭氧發(fā)酵能夠穩(wěn)定運行,發(fā)酵持續(xù)時間約100d,產(chǎn)氣率在204.3～373.3 ml·g~(-1)TS秸稈,平均甲烷含量在60%～80%之間。所有工況在整個發(fā)酵過程中均有兩個明顯的產(chǎn)氣高峰;發(fā)酵前期的水解酸化過程對后續(xù)甲烷化過程有促進作用,這是發(fā)酵中后期出現(xiàn)第二個產(chǎn)氣高峰的主要原因。不同營養(yǎng)鹽的添加對接種物馴化的影響主要在于日產(chǎn)氣高峰的提前、發(fā)酵周期的縮短,一定程度上也會對產(chǎn)氣量提高有所貢獻。磷酸鹽的添加作用在于滿足了接種物對于P、K營養(yǎng)元素的需求,有利于其高效發(fā)揮。從產(chǎn)氣量來看,效果最顯著的是添加Ca~(2+)和Mg~(2+),產(chǎn)氣高峰比對照組提前5～10d;添加Mg~(2+)的試驗產(chǎn)氣量比發(fā)酵正常的對照組高出10%左右。這兩種金屬離子能提高微生物細胞的通透性,有利于養(yǎng)分的吸收。 厭氧發(fā)酵一級反應動力學模型能較好地適用于以秸稈為底物的厭氧發(fā)酵過程。本課題首次、重復發(fā)現(xiàn)秸稈直接厭氧發(fā)酵呈明顯的兩階段反應,且第一階段的速率常數(shù)低于第二階段。該動力學研究結(jié)果與實際的秸稈發(fā)酵試驗數(shù)據(jù)相吻合。 【關(guān)鍵詞】：厭氧發(fā)酵 秸稈 接種物 馴化 營養(yǎng)鹽 模型
【學位授予單位】：復旦大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X712
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 英文縮寫、符號一覽表6-7
• 第一章 緒論7-18
• 1.1 農(nóng)作物秸稈概述7-9
• 1.1.1 農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量及環(huán)境問題7
• 1.1.2 農(nóng)作物秸稈組成及潛在價值7-8
• 1.1.3 農(nóng)作物秸稈處理處置技術(shù)及主要問題8-9
• 1.2 厭氧發(fā)酵法在有機固體廢棄物處理中的應用9-13
• 1.2.1 厭氧發(fā)酵理論9-10
• 1.2.2 厭氧發(fā)酵法在有機固體廢棄物處理中的研究進展10-13
• 1.3 農(nóng)作物秸稈厭氧發(fā)酵技術(shù)的研究進展13-17
• 1.3.1 我國的發(fā)展歷程13-14
• 1.3.2 國內(nèi)外研究進展14-16
• 1.3.3 秸稈厭氧發(fā)酵技術(shù)的主要問題及研究展望16-17
• 1.4 研究目的和意義17-18
• 第二章 課題的試驗設(shè)計、試驗內(nèi)容與方法18-26
• 2.1 總體試驗設(shè)計18
• 2.2 試驗內(nèi)容18-19
• 2.3 試驗方法19-22
• 2.4 試驗材料、儀器與分析手段22-24
• 2.4.1 試驗材料、試劑與相關(guān)儀器22-23
• 2.4.2 試驗指標及分析方法23-24
• 2.5 數(shù)據(jù)分析24-25
• 2.5.1 秸稈的產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣率24
• 2.5.2 模型評價24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 第三章 影響接種物馴化活性的主要因素26-55
• 3.1 不同TS濃度及接種物投加量的影響26-29
• 3.1.1 產(chǎn)氣率26-28
• 3.1.2 TS、VS、pH和VFA28-29
• 3.1.3 初步發(fā)酵條件確定29
• 3.2 添加磷酸鹽的影響29-44
• 3.2.1 產(chǎn)氣率29-34
• 3.2.2 產(chǎn)甲烷率34-38
• 3.2.3 秸稈的降解率38-39
• 3.2.4 pH、VFA和COD39-44
• 3.3 NH_4~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)添加后的影響44-50
• 3.3.1 產(chǎn)氣率44-46
• 3.3.2 產(chǎn)甲烷率46-47
• 3.3.3 秸稈的降解率47
• 3.3.4 pH、VFA、COD和堿度47-50
• 3.4 接種物單獨發(fā)酵試驗50-53
• 3.4.1 產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率50-51
• 3.4.2 pH、VFA、COD和堿度51-53
• 3.5 發(fā)酵前后稻草秸稈與接種物的C、H、N分析53-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第四章 秸稈厭氧發(fā)酵反應動力學研究55-61
• 4.1 厭氧發(fā)酵一級反應動力學模型55
• 4.2 不同磷酸鹽添加量的動力學比較55-57
• 4.3 NH_4~+、Mg~(2+)、ca~(2+)添加后的動力學比較57-60
• 4.4 本章小節(jié)60-61
• 第五章 結(jié)論與建議61-62
• 5.1 結(jié)論61
• 5.2 建議61-62
• 參考文獻62-66
• 附錄66-74
• 碩士期間發(fā)表論文情況74-75
• 致謝75-76

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