家畜糞便厭氧發(fā)酵制取沼氣的影響因素及工藝特性研究

【摘要】：隨著我國(guó)畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，家畜糞便對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染日益嚴(yán)重。如果不能妥善處置家畜糞便，會(huì)給大氣、水體、土壤帶來(lái)嚴(yán)重污染，并危及到人類(lèi)自身健康。另一方面，我國(guó)以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，迫切需要開(kāi)發(fā)新能源。而厭氧發(fā)酵家畜糞便制取沼氣，在資源化利用家畜糞便的同時(shí)，得到可再生的清潔能源——沼氣。本課題的研究?jī)?nèi)容即為家畜糞便厭氧發(fā)酵制取沼氣的影響因素及工藝特性的研究。 根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研和農(nóng)場(chǎng)際條件，選擇需要考察的厭氧發(fā)酵影響因素，并利用序批式實(shí)驗(yàn)和模擬半連續(xù)實(shí)驗(yàn)對(duì)影響因素（溫度、有機(jī)負(fù)荷、原料種類(lèi)）進(jìn)行考察。設(shè)計(jì)厭氧折流反應(yīng)器ABR、上流式厭氧污泥床UASB工藝，啟動(dòng)并調(diào)試運(yùn)行反應(yīng)器。變化反應(yīng)器運(yùn)行條件，考察沼氣產(chǎn)率、甲烷含量、乙酸濃度、氨氮濃度等指標(biāo)，選擇最佳的運(yùn)行條件。 本研究主要獲得以下的研究成果： （1）與23℃反應(yīng)溫度相比較，35℃更適合家畜糞便為原料的厭氧發(fā)酵反應(yīng)。在35℃條件下，能迅速繁殖出厭氧環(huán)境中所需要的不同微生物種群，生物活性較高，能產(chǎn)出甲烷含量較高的沼氣。有機(jī)負(fù)荷為30gCOD/(L·d)時(shí)，35℃反應(yīng)條件下沼氣產(chǎn)量（5.8mL_(gas)/mL_(feed)）大于23℃沼氣產(chǎn)量（0.9mL_(gas)/mL_(feed)）； （2）豬糞原料厭氧發(fā)酵優(yōu)于牛糞原料。在35℃的序批式實(shí)驗(yàn)中，有機(jī)負(fù)荷為30gCOD/(L·d)條件下，豬糞原料的沼氣產(chǎn)量（80mL/d）高于牛糞原料的沼氣產(chǎn)量（43mL/d）。 （3）一定范圍內(nèi)，有機(jī)負(fù)荷越高，沼氣產(chǎn)率越大。在半連續(xù)實(shí)驗(yàn)中，有機(jī)負(fù)荷為30gCOD/(L·d)、20gCOD/(L·d)、10gCOD/(L·d)時(shí)，沼氣產(chǎn)率分別為80mL/d、69mL/d、30mL/d。 （4）有機(jī)負(fù)荷為52.2gCOD/(L·d)時(shí)，UASB反應(yīng)器沼氣產(chǎn)率最高達(dá)32.1gCODCH4/(L·d)。ABR反應(yīng)器在有機(jī)負(fù)荷6.0gCOD/(L·d)條件下，沼氣產(chǎn)率4.03gCODCH4/(L·d)。ABR反應(yīng)器沼氣產(chǎn)率波動(dòng)較大，沒(méi)有UASB沼氣產(chǎn)率穩(wěn)定。 （5）沼氣中甲烷含量不受有機(jī)負(fù)荷和反應(yīng)器類(lèi)型影響。UASB反應(yīng)器和ABR反應(yīng)器的沼氣甲烷含量均穩(wěn)定在75%-80%的較高水平。 （6）UASB無(wú)回流反應(yīng)器優(yōu)于帶回流反應(yīng)器。接種顆粒物體積波動(dòng)，影響反應(yīng)器內(nèi)微生物數(shù)量，從而影響厭氧發(fā)酵反應(yīng)。UASB無(wú)回流反應(yīng)器中顆粒物體積穩(wěn)定（120mL-140mL），而ABR反應(yīng)器(70mL-110mL)和UASB帶回流反應(yīng)器（80mL-130mL）顆粒物體積均有較大浮動(dòng)波動(dòng)。 （7）UASB在高負(fù)荷下COD去除率沒(méi)有ABR反應(yīng)器穩(wěn)定。有機(jī)負(fù)荷為12.2gCOD/(L·d)時(shí)，UASB反應(yīng)器COD去除率和ABR反應(yīng)器基本相同（75%）。但是有機(jī)負(fù)荷增大之后，UASB反應(yīng)器的COD去除率（40%-50%）低于ABR反應(yīng)器。 【關(guān)鍵詞】：家畜糞便 厭氧發(fā)酵 沼氣 影響因素 工藝特性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：S216.4;X713
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 課題背景11-13
• 1.1.1 我國(guó)家畜糞便污染現(xiàn)狀11-12
• 1.1.2 我國(guó)家畜糞便資源化利用現(xiàn)狀12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 厭氧發(fā)酵技術(shù)研究現(xiàn)狀14
• 1.2.2 產(chǎn)沼氣反應(yīng)器工藝研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 厭氧發(fā)酵基本理論17-20
• 1.3.1 厭氧發(fā)酵基本原理17-18
• 1.3.2 厭氧發(fā)酵過(guò)程18-19
• 1.3.3 厭氧發(fā)酵影響因素19-20
• 1.4 課題研究的目的意義20-21
• 1.5 課題研究?jī)?nèi)容21-23
• 1.5.1 技術(shù)路線21-22
• 1.5.2 主要研究?jī)?nèi)容22-23
• 第2章 試驗(yàn)材料及方法23-40
• 2.1 試驗(yàn)材料23-25
• 2.1.1 原料來(lái)源23-24
• 2.1.2 接種物培養(yǎng)24-25
• 2.2 試驗(yàn)裝置25-28
• 2.2.1 序批式與半連續(xù)反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置25
• 2.2.2 ABR 反應(yīng)器裝置25-27
• 2.2.3 UASB 反應(yīng)器裝置27-28
• 2.3 檢測(cè)方法28-33
• 2.3.1 沼氣組分測(cè)定29-30
• 2.3.2 氨氮濃度檢測(cè)30
• 2.3.3 揮發(fā)性脂肪酸 VFA 檢測(cè)30-31
• 2.3.4 pH 值檢測(cè)31
• 2.3.5 化學(xué)需氧量 tCOD 與 sCOD 檢測(cè)31-32
• 2.3.6 TS、VS 檢測(cè)32
• 2.3.7 TSS、VSS 檢測(cè)32-33
• 2.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)33-40
• 2.4.1 厭氧發(fā)酵影響因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)33-35
• 2.4.2 ABR 反應(yīng)工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)35-37
• 2.4.3 UASB 反應(yīng)工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)37-40
• 第3章 厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣影響因素研究40-49
• 3.1 引言40
• 3.2 以豬糞為原料的厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣結(jié)果分析40-44
• 3.2.1 沼氣產(chǎn)率結(jié)果分析40-41
• 3.2.2 沼氣產(chǎn)量結(jié)果分析41
• 3.2.3 化學(xué)需氧量 COD 結(jié)果分析41-42
• 3.2.4 揮發(fā)性脂肪酸 VFA 結(jié)果分析42
• 3.2.5 沼氣組分結(jié)果分析42-43
• 3.2.6 氨氮含量結(jié)果分析43-44
• 3.3 以牛糞為原料的厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣結(jié)果分析44-47
• 3.3.1 沼氣產(chǎn)率結(jié)果分析44
• 3.3.2 沼氣產(chǎn)量結(jié)果分析44-45
• 3.3.3 pH 結(jié)果分析45
• 3.3.4 揮發(fā)性脂肪酸 VFA 結(jié)果分析45-46
• 3.3.5 沼氣組分結(jié)果分析46-47
• 3.4 溫度對(duì)厭氧發(fā)酵反應(yīng)的影響47
• 3.5 原料種類(lèi)對(duì)厭氧發(fā)酵反應(yīng)的影響47
• 3.6 有機(jī)負(fù)荷對(duì)厭氧發(fā)酵反應(yīng)的影響47-48
• 3.7 本章小結(jié)48-49
• 第4章 厭氧折流板反應(yīng)器 ABR 設(shè)計(jì)及工藝特性研究49-56
• 4.1 引言49
• 4.2 沼氣產(chǎn)率結(jié)果分析49-50
• 4.3 沼氣產(chǎn)量結(jié)果分析50
• 4.4 沼氣中甲烷含量結(jié)果分析50-51
• 4.5 揮發(fā)性脂肪酸 VFA 結(jié)果分析51-52
• 4.6 氨氮含量結(jié)果分析52-53
• 4.7 化學(xué)需氧量 COD 去除率結(jié)果分析53-54
• 4.8 厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中 pH 變化結(jié)果分析54
• 4.9 反應(yīng)器中顆粒物體積變化結(jié)果分析54-55
• 4.10 本章小結(jié)55-56
• 第5章 上流式厭氧污泥床 UASB 設(shè)計(jì)及工藝特性研究56-63
• 5.1 引言56
• 5.2 沼氣產(chǎn)率結(jié)果分析56-57
• 5.3 沼氣產(chǎn)量結(jié)果分析57-58
• 5.4 沼氣中甲烷含量結(jié)果分析58
• 5.5 揮發(fā)性脂肪酸 VFA 結(jié)果分析58-59
• 5.6 氨氮含量結(jié)果分析59-60
• 5.7 化學(xué)需氧量 COD 去除率結(jié)果分析60-61
• 5.8 厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中 pH 變化結(jié)果分析61
• 5.9 反應(yīng)器中顆粒物體積變化結(jié)果分析61-62
• 5.10 本章小結(jié)62-63
• 第6章 厭氧發(fā)酵家畜糞便制取沼氣工藝討論63-67
• 6.1 引言63
• 6.2 厭氧發(fā)酵微生物作用機(jī)理討論63-64
• 6.3 ABR 和 UASB 反應(yīng)器沼氣產(chǎn)量比較64-65
• 6.4 ABR 和 UASB 反應(yīng)器 COD 去除率比較65
• 6.5 ABR 和 UASB 反應(yīng)器成本比較65-66
• 6.6 建議與展望66
• 6.7 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 致謝75

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信息    

沼氣產(chǎn)量影響因子研究    李軼冰;白潔瑞;楊改河;李勇;郭歐燕;任廣鑫;

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微藻培養(yǎng)技術(shù)處理豬糞厭氧發(fā)酵廢水效果    李巖;周文廣;張曉東;孫立;

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大中型沼氣工程二次厭氧發(fā)酵工藝應(yīng)用探討    付傳勇;

厭氧發(fā)酵生物制氫放大試驗(yàn)研究    任保增;唐大惠;樊耀亭;

篁竹草厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性及結(jié)構(gòu)變化研究    羅艷;陳廣銀;羅興章;鄭正;鄭斌國(guó);方彩霞;

兩種底物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫能力的比較    王占青;劉喆;張敏;李永峰;

天然橡膠廢水處理工藝及綜合利用研究    張信武;

好氧堆肥為沼氣發(fā)酵提供熱量的可行性研究    張海勤;張霞;董仁杰;

我首條垃圾聯(lián)合厭氧發(fā)酵生產(chǎn)線運(yùn)行    記者 胡左

秸稈厭氧發(fā)酵制氫產(chǎn)氣量提高    錢(qián)伯章

厭氧發(fā)酵：城市垃圾處理新方法    尚東 編譯

南豐生豬污物“厭氧發(fā)酵”環(huán)保又經(jīng)濟(jì)    平衛(wèi)東

“選菌”用上“云計(jì)算”    本報(bào)記者 曾力瑩

傳祥垃圾處理公司“城市有機(jī)廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵示范工程”通過(guò)驗(yàn)收    記者魏富強(qiáng)

垃圾變無(wú)味無(wú)害有機(jī)肥    記者 何穎思　通訊員 城管委

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秸稈沼氣厭氧發(fā)酵的預(yù)處理工藝優(yōu)化及經(jīng)濟(jì)實(shí)用性分析    宋籽霖

流域水葫蘆控制與利用生態(tài)工程研究    陳彬

家畜糞便厭氧發(fā)酵制取沼氣的影響因素及工藝特性研究    范云

秸稈的氨化厭氧發(fā)酵工藝優(yōu)化與反應(yīng)器的啟動(dòng)    馬君

低溫條件下沼氣高效厭氧發(fā)酵條件的研究    耿釗

微量金屬元素對(duì)提高沼氣產(chǎn)量的研究    陳晉波

沼氣發(fā)酵復(fù)合菌系及其在牛糞厭氧發(fā)酵中的應(yīng)用    戚桂娜

聚合草厭氧發(fā)酵特性和產(chǎn)氣潛力的研究    鄭敏

有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵特性的研究    周嶺

熱堿預(yù)處理對(duì)秸稈厭氧發(fā)酵的影響    鄭萬(wàn)里

生物垃圾厭氧發(fā)酵的原理研究    涂衛(wèi)峰

玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)研究    唐大惠