秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣及其結(jié)殼特性研究

【摘要】：能源問題是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須要面對的問題之一。隨著現(xiàn)代社會賴以生存與發(fā)展的石油、煤等化石燃料的消耗量日益增加，同時這些不可再生能源正日漸枯竭，能源問題已成為制約社會未來發(fā)展的潛在危機，開發(fā)清潔可再生能源是解決能源危機、減少環(huán)境污染、走可持續(xù)發(fā)展道路的重要途徑。特別是生物質(zhì)能源的研究與開發(fā)自然而然成為當今世界的熱點問題。微生物在生長繁殖過程中能分解有機質(zhì)，并把貯存其中的能量轉(zhuǎn)化為能源，這種可再生新能源的研究與開發(fā)，已經(jīng)被人們廣泛關(guān)注。 秸稈沼氣發(fā)酵能夠殺死農(nóng)作物秸稈中的病蟲卵，發(fā)酵過后的沼液可作為有機肥料，也可用沼液噴施果樹、蔬菜和農(nóng)作物，同時還有抗病蟲害、抗寒和增產(chǎn)的作用。沼渣是秸稈沼氣厭氧發(fā)酵后剩余的半固體物質(zhì)，其含有豐富的腐殖酸、有機質(zhì)、氨基酸、氮、磷、鉀等大量的微量元素；它可作為土壤改良劑，減少使用化肥帶來的環(huán)境污染，促進生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)。 本論文是在國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項“沼氣全面替代農(nóng)戶家庭商品用能的組合設(shè)備及技術(shù)研究”（項目編號：201303099）的資助下完成的。根據(jù)目前秸稈沼氣厭氧發(fā)酵技術(shù)取得的進展和存在的問題，本文主要內(nèi)容集中在對發(fā)酵影響較為顯著的因素上，總固體濃度、接種量和發(fā)酵溫度，對發(fā)酵階段的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，并對得出的優(yōu)化工藝條件進行分析，同時也對厭氧發(fā)酵過程的結(jié)殼特性進行試驗研究，取得的主要成果主要有以下幾個方面： （1）文章以玉米秸稈為原料，選取發(fā)酵溫度、總固體濃度、接種量三個因素，采用三因素三水平的正交表進行實驗。通過對產(chǎn)氣量的極差和方差分析得到厭氧發(fā)酵的最優(yōu)組合為：總固體濃度為6%，接種物的接種量為總發(fā)酵原料的25%，發(fā)酵溫度為35℃。 （2）選取三種不同粒度的玉米秸稈，在優(yōu)化的厭氧發(fā)酵條件下進行實驗，并對比分析各組實驗的發(fā)酵潛力，結(jié)果表明當粉碎粒度為6-10mm時的發(fā)酵潛力最高。 （3）分析三種粉碎粒度秸稈沼氣日產(chǎn)氣量的變化規(guī)律。 （4）分析三種粒度的甲烷含量變化趨勢，三種粒度的變化趨勢較為相似，甲烷含量在發(fā)酵初期顯著增加，達到一定值后有小幅度的下降，直至發(fā)酵結(jié)束，甲烷含量較為平穩(wěn)，波動較小。其中粉碎粒度在6-10mm時達到三種粒徑的最大甲烷含量，即在厭氧發(fā)酵的第20天，含量達到58.1%。 （5）對三種不同粒徑的懸浮結(jié)殼層厚度和強度進行對比分析，得出相同粒徑、同一料液濃度下，結(jié)殼懸浮體的厚度越大，其所需破殼強度就越大；相同料液濃度、不同粒徑的條件下，15-25mm粒徑下其破殼強度最大，6-10mm次之，0.5-2mm粒徑下其破殼強度最小。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 厭氧發(fā)酵 正交 產(chǎn)氣量 甲烷含量 結(jié)殼
【學位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 致謝4-7
• 摘要7-8
• 1. 文獻綜述8-19
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 秸稈利用技術(shù)9-10
• 1.3 秸稈沼氣發(fā)酵技術(shù)10-14
• 1.3.1 秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣原理10-11
• 1.3.2 影響秸稈沼氣發(fā)酵工藝因素11-14
• 1.4 秸稈沼氣發(fā)酵的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4.1 秸稈沼氣發(fā)酵的國外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4.2 秸稈沼氣發(fā)酵的國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.5 秸稈沼氣發(fā)酵存在的問題16-17
• 1.6 課題研究的目的和主要內(nèi)容17-19
• 1.6.1 課題研究的目的17
• 1.6.2 課題研究的主要內(nèi)容17-18
• 1.6.3 課題研究的技術(shù)路線18-19
• 2. 實驗材料、儀器和方法19-22
• 2.1 實驗材料19
• 2.1.1 發(fā)酵原料19
• 2.1.2 接種物19
• 2.2 實驗儀器和裝置19-20
• 2.3 測定指標及方法20-22
• 2.3.1 產(chǎn)氣量與累積產(chǎn)氣量測定20
• 2.3.2 PH 值測定20-21
• 2.3.3 TS、VS 測定21
• 2.3.4 化學需氧量 COD 測定21
• 2.3.5 甲烷含量測定21-22
• 3. 玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的實驗優(yōu)化22-28
• 3.1 實驗設(shè)計22-24
• 3.1.1 正交實驗的目的22
• 3.1.2 正交實驗因素及水平的確定22
• 3.1.3 正交表的選擇22-23
• 3.1.4 實驗方案的確定23-24
• 3.2 試驗結(jié)果與分析24-27
• 3.2.1 不同厭氧發(fā)酵條件下玉米秸稈累積產(chǎn)氣量24
• 3.2.2 正交實驗的極差分析24-26
• 3.2.3 正交實驗的方差分析26-27
• 3.3 本章小結(jié)27-28
• 4. 不同粉碎粒度秸稈優(yōu)化條件下厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣研究28-36
• 4.1 實驗設(shè)計28
• 4.2 實驗結(jié)果與分析28-34
• 4.2.1 沼氣日產(chǎn)氣量分析28-29
• 4.2.2 沼氣累積產(chǎn)氣量分析29-30
• 4.2.3 沼氣中甲烷含量分析30-31
• 4.2.4 沼氣日產(chǎn)氣量和甲烷含量對比分析31-33
• 4.2.5 產(chǎn)氣率分析33-34
• 4.2.6 不同粉碎粒度秸稈產(chǎn)沼氣的經(jīng)濟性分析34
• 4.3 本章小結(jié)34-36
• 5. 不同粒度秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的結(jié)殼特性研究36-41
• 5.1 結(jié)殼形成原因36-37
• 5.2 實驗內(nèi)容37-38
• 5.2.1 實驗內(nèi)容及其評價指標37
• 5.2.2 實驗步驟37-38
• 5.3 實驗結(jié)果與分析38-41
• 6 結(jié)論與建議41-43
• 6.1 結(jié)論41
• 6.2 建議41-43
• 參考文獻43-48
• ABSTRACT48-49

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