蓝藻与秸秆混合厌氧发酵产甲烷及气体纯化研究

【摘要】：随着社会经济发展,加剧了对能源的消耗,化石能源的总量随着消耗日益减少,可持续发展的再生能源将成为未来能源系统的重要组成部分。沼气是一种良好的可再生清洁能源,秸秆和蓝藻来源丰富,是厌氧发酵产沼气的首选原料。本研究将秸秆与蓝藻进行混合厌氧发酵,解决单一物料进行厌氧发酵时碳氮比不适的问题,从碳氮比角度出发,研究秸秆与蓝藻的最佳配比。由于秸秆表面含有大量木质素纤维素等,导致秸秆难以利用和消化,本研究对秸秆进行NaOH预处理,研究不同浓度的NaOH预处理条件对混合厌氧发酵的影响,探索最佳预处理浓度。本研究可为秸秆和蓝藻混合厌氧发酵技术的推广及工程化提供理论依据和技术支持。主要研究内容及结论如下：(1)研究单一蓝藻、单一秸秆及按照碳比氮为25：1混合的秸秆与蓝藻作为底物进行发酵实验。结果表明按照碳比氮为25：1混合的秸秆与蓝藻作为底物的发酵实验产气效果最好,从产气结果来看,混合组的最大产气量相较于秸秆组和蓝藻组分别提高了1.89倍和29.12倍混合组的产气总量相较于秸秆组和蓝藻组分别提高了1.38倍和17.60倍,说明混合物料的产气效果要远高于单一秸秆及单一蓝藻的产气效果；从甲烷含量来看混合组的甲烷总产量最大,产气效果最好。综上,将蓝藻与秸秆按照碳氮比25：1的比例混合后进行厌氧发酵的产气效果要远大于单一的蓝藻或者单一的秸秆作为底物进行厌氧发酵的产气效果。(2)分别用质量分数为2%、6%和10%的NaOH溶液对秸秆进行预处理,将秸秆清洗干燥后进行扫描电镜观察,结果表明经过NaOH预处理的秸秆紧密结构被破坏,原料与纤维素酶的接触面积增大,加快了纤维素的水解,进而对厌氧发酵起到一定的促进作用。增大NaOH质量分数会提高秸秆的破坏程度,但是过高的浓度会导致有机质的过度流失,所以适当的质量分数NaOH预处理,能提高产气效率。将预处理后的秸秆与蓝藻按照25：1的碳氮比比例进行混合厌氧发酵,结果表明NaOH预处理秸秆能提高厌氧发酵产气量,2%、6%和10%NaOH处理组较对照组总产气量分别提高了143%、248%和222%,说明6%NaOH处理组产气效果最好。对照组、6% NaOH处理组和10% NaOH处理组的甲烷含量都快速达到较高水平,并且平均含量相差不大。甲烷的实际产量等于产气量和甲烷含量的乘积。前面结果表明,2%、6%和10% NaOH处理组的总产气量都要远大于对照组。所以各处理组的甲烷总产量都要大于对照组,其中6%NaOH处理组的产气量最高,所以该组的产甲烷的总量也最大。综合产气效果、甲烷含量、发酵启动时间等指标,秸秆和蓝藻混合厌氧发酵中的秸秆预处理最优的NaOH质量分数为6%。(3)利用实验室已有氧化亚铁硫杆菌菌种,用海藻酸钠对微生物进行固定化,再利用实验室自制装置进行脱硫实验,结果表明液气比为3,入口处Fe3+为7 g/L,吸收液液面高度为0.55 m时,脱硫率可以达到98%以上。 【关键词】：生物脱硫 NaOH预处理 蓝藻 秸秆 厌氧发酵
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S216.4;X712
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 概述9-10
• 1.2 稻秆的资源化利用10-16
• 1.2.1 稻秆资源利用状况10-11
• 1.2.2 稻秆厌氧消化的国内外研究现状11-12
• 1.2.3 秸秆预处理研究现状12-16
• 1.3 蓝藻的资源化利用16
• 1.3.1 蓝藻资源化利用研究现状16
• 1.3.2 蓝藻厌氧发酵产沼气技术16
• 1.4 生物质垃圾厌氧消化技术16-18
• 1.4.1 生物质垃圾厌氧消化技术国内外研究进展16-18
• 1.4.2 厌氧发酵技术18
• 1.5 沼气纯化18-20
• 1.5.1 沼气纯化技术18-19
• 1.5.2 生物脱硫及氧化亚铁硫杆菌固定化技术19-20
• 1.6 本课题研究目的、意义及主要内容20-22
• 1.6.1 研究目的与意义20-21
• 1.6.2 研究主要内容21-22
• 1.7 技术路线22-23
• 第二章 蓝藻与秸秆混合厌氧发酵技术23-31
• 2.1 引言23-24
• 2.2 材料与方法24-26
• 2.2.1 实验材料24
• 2.2.2 间歇式厌氧发酵试验方法24-25
• 2.2.3 分析项目及方法25-26
• 2.3 结果与讨论26-29
• 2.3.1 混合厌氧发酵产气量分析26-27
• 2.3.2 沼气中甲烷含量变化分析27-28
• 2.3.3 沼气中CO_2含量变化分析28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 不同浓度NaOH对蓝藻与秸秆混合厌氧发酵的影响31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 材料与方法31-33
• 3.2.1 实验材料31-32
• 3.2.2 实验设计32
• 3.2.3 分析项目及方法32-33
• 3.3 结果与讨论33-38
• 3.3.1 NaOH预处理对秸秆结构的影响33-34
• 3.3.2 混合厌氧发酵过程产气量分析34-35
• 3.3.3 混合厌氧发酵过程中的VFA含量变化35-36
• 3.3.4 混合厌氧发酵过程中的甲烷含量变化36-37
• 3.3.5 混合厌氧发酵过程中的硫化氢含量变化37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 固定化氧化亚铁硫杆菌除硫实验40-45
• 4.1 引言40
• 4.2 材料与方法40-43
• 4.2.1 实验材料40-41
• 4.2.2 实验方法41-42
• 4.2.3 固定化氧化亚铁硫杆菌脱硫工艺及原理42-43
• 4.3 实验结果与讨论43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 结论与展望45-47
• 5.1 本研究的主要结论45-46
• 5.2 实验中不足及展望46-47
• 参考文献47-54
• 致谢54-55
• 附录：攻读硕士期间取得的学术成果55

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