秸秆类原料厌氧发酵产沼气试验研究

【摘要】：从实际沼气工程中可能遇到的问题出发,通过实验室小型试验装置研究秸秆类原料厌氧发酵产沼气的特性。试验以容积1000ml的锥形瓶为发酵罐进行静态厌氧发酵,利用水浴锅来控制发酵温度,利用排水法收集发酵产生的沼气,用红外沼气分析仪测定所产气体的成分,测定原料反应前后主要化学成分的变化。试验研究了原料预处理、发酵条件和乙醇添加量等对秸秆类原料发酵产沼气效果的影响,同时还分析了提高沼气产量和沼气中甲烷含量的方法以及不同原料的发酵产气特性,为实际沼气工程优化工艺、降低能耗和提高效益提供一定的参考和依据。 在试验开始进行之前需要自行培养发酵所需的接种物,通过培养驯化培养后获得了原适温度分别为中温(35℃和45℃)和高温(53℃)的三中菌种。这些菌种活性比猪粪或污泥好,接种物自身不产生沼气。根据发酵温度选择相适应的接种物使得接种后启动较快且不会因为接种物影响原料产气率的测定,因此可以获得比较准确的试验数据。试验获得的主要结论有： (1)在研究堆沤时间对发酵的影响时用到了油菜秸、湖北棉秸及甘蔗渣3种原料,将各原料粉碎至粒径约3cm进行试验,发现油菜秸不需要堆沤即可顺利启动发酵,湖北棉秸和甘蔗渣的最佳堆沤时间为7天。 (2)以甘蔗渣为原料进行试验得出其厌氧发酵的最佳条件是：初始pH7.8,接种率30%,添加适当搅拌,确保菌种的原适温度与发酵温度相同进行发酵。当初始pH小于7.0时发酵启动慢且产气率低。接种率小于30%时产气率为接种率50%时的1/3,当接种率大于50%发酵效果变化不大。同一发酵条件下添加搅拌可以使常温和35℃发酵产气率分别提高12.81%和11.55%并可以明显缩短发酵周期和提高降解率。发酵温度升高有利于有机物的降解,温度为45℃和53℃时发酵后的沼液的COD值都大于500mg·L-1。 (3)以互花米草为原料进行试验发现添加乙醇可以使产气率提高2-3倍并维持3-5天,使甲烷含量达到80%并维持15天左右。发酵初期添加适量的乙醇可以在发酵第3天使甲烷含量达到60%。发酵过程中乙醇的最佳添加量为发酵体积的0.75%,当乙醇添加量超过2.0%时会导致发酵停止。添加乙醇对有机物的降解率没有明显影响,乙醇的转化利用率为74.0%。 (4)以菇渣为发酵原料进行干发酵发现最佳总固体浓度为17.5%,总固体浓度大于17.5%中温发酵时不能正常启动但是高温下可以顺利启动发酵。当发酵因酸化停止产气时可以通过添加沼液或NaOH溶液使其重新恢复产气。添加沼液可以使产气率恢复到正常产气水平,添加NaOH只能使产气率恢复到正常产气率的1/2。 (5)通过对不同原料的发酵特性进行研究和对比发现黄互花米草的产气潜能最大,中温(35℃)发酵时其有机物产气率为622.82ml·g-1。黄玉米秸和黄米草在中温发酵条件下的产气效果较好,青玉米秸和青米草在高温发酵条件下的发酵效果较好。新疆棉秸比湖北棉秸的产气效果好,以黄互花米草米草为原料进行厌氧发酵所产的沼气甲烷平均含量最高(67.32%),甘蔗渣适合作为厌氧发酵的原料但是造纸渣厌氧发酵的产气率低不适合作为厌氧发酵产沼气的原料。 【关键词】：秸秆 沼气 预处理 发酵条件
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 简略词表11-12
• 1 前言12-22
• 1.1 研究秸秆沼气的目的及意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 关于预处理和反应条件14-17
• 1.2.2 关于不同发酵原料17-18
• 1.2.3 关于添加外源物质18-19
• 1.2.4 小结19-20
• 1.3 研究内容及技术路线20-22
• 1.3.1 研究内容20-21
• 1.3.2 拟解决的关键问题21
• 1.3.3 技术路线21-22
• 2 材料与方法22-25
• 2.1 试验材料22
• 2.2 试验装置与仪器22-23
• 2.3 测定指标与试验方法23-25
• 3 结果与分析25-57
• 3.1 堆沤对厌氧发酵的影响分析25-29
• 3.1.1 堆沤操作25-26
• 3.1.2 原料不堆沤的发酵特性26-27
• 3.1.3 堆沤时间对厌氧发酵特性的影响27-29
• 3.1.4 小结29
• 3.2 发酵条件的影响29-53
• 3.2.1 初始pH值29-30
• 3.2.2 接种率30-32
• 3.2.3 发酵温度和拨拌对产气效果的影响32-40
• 3.2.4 菌种原适温度特性40-41
• 3.2.5 干发酵特性41-49
• 3.2.6 添加乙醇对发酵的影响49-53
• 3.3 不同原料发酵特性53-57
• 3.3.1 试验设置53
• 3.3.2 试验结果53-55
• 3.3.3 特性分析与对比55-57
• 4 总结与展望57-60
• 4.1 主要结论57-58
• 4.2 不足及展望58-60
• 4.2.1 不足58
• 4.2.2 展望58-60
• 参考文献60-65
• 附录65-66
• 致谢66

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