稻稈干發(fā)酵制沼氣工藝參數(shù)的研究

【摘要】：目前，能源緊張的問題日益突出，大力開發(fā)新能源已是解決能源問題的主要方向，我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物，合理的利用這一部分生物質(zhì)能源，則能有效的緩解我國一部分能源問題。目前，我國農(nóng)作秸稈的資源化利用主要有秸稈肥料化利用、秸稈飼料化利用、秸稈基料化利用、秸稈原料化利用和秸稈燃料化利用。在諸多秸稈資源化的技術(shù)中，秸稈沼氣技術(shù)是最能充分利用秸稈資源的一種清潔工藝。通過沼氣發(fā)酵把蘊藏在秸稈中的生物能，以沼氣形式釋放出來，作為能源使用，沼渣和沼液中含有氮、磷、鉀等元素成為優(yōu)質(zhì)的有機肥料，再進入新的物質(zhì)能量循環(huán)系統(tǒng)中，對環(huán)境污染小，并且使秸稈資源得到了最大程度的利用。 在我國，秸稈沼氣發(fā)酵當(dāng)前主要采用濕發(fā)酵技術(shù)，但由于濕發(fā)酵技術(shù)耗能高、處理干物質(zhì)的成本高且產(chǎn)氣效率不高等一系列缺點，再加上農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，禽畜養(yǎng)殖業(yè)主要向大規(guī)模的集約化形式發(fā)展，家庭養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的能夠作為發(fā)酵原料的禽畜糞便已經(jīng)不多，使秸稈和禽畜糞便分離，限制了濕發(fā)酵技術(shù)適應(yīng)的范圍和地域，所以，越來越多的研究者把目光投向了干發(fā)酵技術(shù)研究領(lǐng)域。國內(nèi)干發(fā)酵技術(shù)起步較晚，受國外的影響在城市固廢垃圾方面的研究比較多，而對秸稈干發(fā)酵的研究并不多，大多數(shù)也是在近幾年才開始。干法發(fā)酵與濕法發(fā)酵有很大的不同，發(fā)酵工藝參數(shù)也不一樣，這些不同主要表現(xiàn)在發(fā)酵總固體濃度、發(fā)酵溫度、pH調(diào)節(jié)、堆漚時間、接種量等方面，因此很有必要對干發(fā)酵工藝參數(shù)進行研究。對于秸稈干發(fā)酵技術(shù)，采用不同的發(fā)酵原料，其發(fā)酵工藝參數(shù)是不同的。 根據(jù)目前稻稈厭氧干發(fā)酵取得的進展和存在的問題，本文的研究內(nèi)容主要集中在對干發(fā)酵的影響較為顯著的因素上，如堿劑量、含水率、接種時間、總固體濃度、接種物的接種量、發(fā)酵溫度等，對預(yù)處理和干發(fā)酵兩個階段的工藝參數(shù)優(yōu)化，并對得出的最優(yōu)工藝條件作了具體的研究，取得一定的成果，主要有以下幾個方面： （1）選取影響預(yù)處理的因素堿劑量、含水率和接種時間，進行三因素三水平的正交實驗，得到稻稈預(yù)處理的最優(yōu)參數(shù)組合為：堿劑量為6%，含水率為80%，接種時間為6d。 （2）選取影響干發(fā)酵的因素總固體濃度、接種物的接種量、發(fā)酵溫度，進行三因素三水平的正交實驗，得到稻稈干發(fā)酵過程中的最優(yōu)參數(shù)組合為：總固體濃度為25%，接種物的接種量應(yīng)為發(fā)酵原料的25%，發(fā)酵溫度為35℃。 （3）選取四組稻稈，分別進行不優(yōu)化、預(yù)處理優(yōu)化、發(fā)酵過程優(yōu)化、全過程優(yōu)化四組實驗，對比分析各組實驗的發(fā)酵原料各組分的降解程度，結(jié)果表明全過程優(yōu)化的發(fā)酵原料的降解程度最高。 （4）實驗還研究了不優(yōu)化、預(yù)處理優(yōu)化、發(fā)酵過程優(yōu)化、全過程優(yōu)化四組實驗中日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量、甲烷含量、發(fā)酵料液中COD濃度及pH值的變化情況。 【關(guān)鍵詞】：稻稈 干發(fā)酵 堿劑量 含水率 接種時間 總固體濃度 接種量 發(fā)酵溫度
【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】：2012
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 致謝4-8
• 摘要8-9
• 1 文獻綜述9-26
• 1.1 選題背景9-11
• 1.2 沼氣發(fā)酵的原理及過程11-14
• 1.2.1 沼氣發(fā)酵中的微生物11-12
• 1.2.2 沼氣發(fā)酵的機理12-14
• 1.3 國內(nèi)外沼氣發(fā)酵的研究與發(fā)展?fàn)顩r14-18
• 1.3.1 國外沼氣發(fā)酵的研究與發(fā)展?fàn)顩r14-16
• 1.3.2 國內(nèi)沼氣發(fā)酵的研究與發(fā)展?fàn)顩r16-18
• 1.4 秸稈干發(fā)酵技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r18-24
• 1.4.1 干發(fā)酵技術(shù)的概述18-19
• 1.4.2 秸稈干發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)勢19
• 1.4.3 影響秸稈干發(fā)酵的因素19-23
• 1.4.4 秸稈沼氣干發(fā)酵的研究進展23-24
• 1.5 課題研究的目的意義和內(nèi)容24-26
• 1.5.1 課題研究的目的意義24-25
• 1.5.2 課題研究的內(nèi)容25-26
• 2 實驗材料、儀器及方法26-31
• 2.1 實驗材料26-27
• 2.1.1 發(fā)酵原料26
• 2.1.2 接種物26
• 2.1.3 實驗藥品、試劑和器材26-27
• 2.2 實驗儀器27
• 2.3 發(fā)酵裝置27-28
• 2.4 測定指標(biāo)及方法28-31
• 2.4.1 總固體（TS）及揮發(fā)性固體（VS）的測定28
• 2.4.2 發(fā)酵原料中纖維素和半纖維素含量的測定28-29
• 2.4.3 產(chǎn)氣量的測定29
• 2.4.4 沼氣中甲烷含量的測定29
• 2.4.5 發(fā)酵料液中 COD 含量的測定29-30
• 2.4.6 發(fā)酵料液中 pH 值的測定30-31
• 3 稻稈厭氧干發(fā)酵預(yù)處理條件的優(yōu)化31-36
• 3.1 實驗原理31
• 3.2 實驗設(shè)計31-32
• 3.2.1 正交實驗表31-32
• 3.2.2 實驗步驟32
• 3.3 實驗結(jié)果與分析32-35
• 3.3.1 不同預(yù)處理條件下稻稈厭氧干發(fā)酵產(chǎn)氣量結(jié)果32-33
• 3.3.2 稻稈預(yù)處理正交實驗結(jié)果的極差分析33-34
• 3.3.3 稻稈預(yù)處理正交實驗結(jié)果的方差分析34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 4 稻稈厭氧干發(fā)酵條件的優(yōu)化36-41
• 4.1 實驗原理36
• 4.2 實驗設(shè)計36-37
• 4.2.1 正交實驗表36-37
• 4.2.2 實驗步驟37
• 4.3 實驗結(jié)果與分析37-40
• 4.3.1 不同發(fā)酵條件下稻稈厭氧干發(fā)酵產(chǎn)氣量結(jié)果37-38
• 4.3.2 稻稈厭氧干發(fā)酵正交實驗結(jié)果的極差分析38-39
• 4.3.3 稻稈厭氧干發(fā)酵正交實驗結(jié)果的方差分析39-40
• 4.4 本章小結(jié)40-41
• 5 最優(yōu)條件下稻稈厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣的研究41-48
• 5.1 實驗原理41
• 5.2 實驗設(shè)計41
• 5.3 實驗步驟41-42
• 5.4 實驗結(jié)果與分析42-47
• 5.4.1 稻稈干發(fā)酵后的實驗結(jié)果42-43
• 5.4.2 各組實驗所得的累積產(chǎn)氣量的差異43
• 5.4.3 日產(chǎn)氣量隨發(fā)酵時間的變化情況43-44
• 5.4.4 各組實驗發(fā)酵所得沼氣中甲烷含量的變化情況44-45
• 5.4.5 發(fā)酵料液中 COD 含量隨發(fā)酵時間的變化情況45-46
• 5.4.6 發(fā)酵料液的 pH 隨發(fā)酵時間的變化情況46-47
• 5.5 本章小結(jié)47-48
• 6 結(jié)論及建議48-50
• 6.1 主要結(jié)論48
• 6.2 問題及建議48-50
• 參考文獻50-53
• Abstract53-54

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