利用外源氢气厌氧发酵原位合成甲烷的研究

【摘要】：可再生能源紧缺和生物质等废弃物资源化利用是当今世界面临的重大课题。以秸秆等农作物废弃物作为原料,改进传统厌氧发酵产沼气的研究也成为了当下研究的热点。分别以营养液和水稻秸秆作为发酵底物,在发酵瓶(500mL)和带搅拌的发酵罐(30L)中,利用外源H2和CO2厌氧发酵原位合成CH4。实验探索发酵温度、搅拌强度、外源气体组成(H2/CO2比)及流量等参数对发酵过程中的产气规律和组成的影响,以确定适宜的反应条件;根据不同条件下食氢产甲烷菌利用H2和CO2的发酵表现,解析沼气中各组分的变化规律。H2在气液界面传质阻力大,强化搅拌能整体上提高外源氢气的利用率。在搅拌条件一定时,CH4的体积分数随着温度、外源气体组成(H2/CO2比)及通量的升高而升高;反应适宜的温度在55℃~65℃之间,在温度到达55℃后继续升温,沼气中各组分体积分数变化不大。以营养液为底物的厌氧发酵中,外源氢气的引入能明显提高厌氧发酵沼气产量和CH4的体积分数,外源气体组成H2/CO2比5:1为宜,发酵适宜的温度在55℃~65℃之间。以秸秆为底物的厌氧发酵中,以纯H2作为外源气为宜。在温度为55℃,H2作为外源气体且通量为1110 mL·(L·d)-1,搅拌强度100r/min的条件下,以秸秆为发酵底物厌氧发酵沼气中CH4的相对体积分数达到83.8%。 【关键词】：厌氧发酵 沼气 氢气 甲烷 二氧化碳 水稻秸秆
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 前言8-12
• 1.1 选题背景及意义8-10
• 1.2 本文研究内容10-11
• 1.3 研究创新点11-12
• 第二章 文献综述12-23
• 2.1 沼气厌氧发酵技术的相关研究12-16
• 2.1.1 沼气发酵过程12
• 2.1.2 沼气发酵的微生物种类12-13
• 2.1.3 秸秆利用的现状13-14
• 2.1.4 沼气的综合利用14-16
• 2.2 沼气中二氧化碳的去除方法16-23
• 2.2.1 吸收法16-19
• 2.2.2 吸附法19
• 2.2.3 低温分离法19-20
• 2.2.4 膜分离法20
• 2.2.5 原位提纯法20-22
• 2.2.6 小结22-23
• 第三章 实验部分23-34
• 3.1 实验原理及方案23-24
• 3.2 实验装置24-26
• 3.3 实验材料26-27
• 3.4 实验步骤及条件控制27-31
• 3.4.1 实验步骤27-29
• 3.4.2 实验条件的控制29-31
• 3.5 实验分析方法31-34
• 3.5.1 TS、VS的测定31-32
• 3.5.2 外源气体通量校正因子的确定32
• 3.5.3 沼气日产量、累积产量的测定32-33
• 3.5.4 沼气中甲烷、二氧化碳和氢气含量的测定33-34
• 第四章 营养液为底物外源氢气间歇厌氧发酵合成甲烷34-45
• 4.1 引言34-35
• 4.2 结果与讨论35-44
• 4.2.1 温度对沼气组分含量的影响35-38
• 4.2.2 外源气体分压比对沼气组分含量的影响38-41
• 4.2.3 外源气体分压比和温度对沼气产气规律的影响41-44
• 4.3 小结44-45
• 第五章 秸秆为底物外源氢气间歇厌氧发酵合成甲烷45-55
• 5.1 引言45
• 5.2 结果与讨论45-53
• 5.2.1 温度对沼气组分含量的影响45-48
• 5.2.2 外源气体分压比对沼气组分含量的影响48-51
• 5.2.3 外源气体分压比和温度对沼气产气规律的影响51-53
• 5.3 小结53-55
• 第六章 秸秆为底物外源氢气发酵合成甲烷扩大试验55-58
• 6.1 引言55
• 6.2 结果与讨论55-57
• 6.2.1 搅拌强度对沼气组分含量的影响55-56
• 6.2.2 H2流量对沼气组分含量的影响56-57
• 6.3 小结57-58
• 第七章 结论与展望58-60
• 7.1 结论58-59
• 7.2 展望59-60
• 参考文献60-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间发表学术论文66

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