秸秆两相厌氧发酵相分离技术研究

【摘要】：随着现代农业的快速发展,农作物秸秆的处理问题日益严峻,将农作物秸秆厌氧发酵产沼气是秸秆资源化的有效途径之一,受到国内外的广泛关注。两相厌氧发酵工艺因可实现产酸相和产甲烷相的分离,产气效率和有机负荷较传统的单相工艺明显提高,具有更好的应用前景。本文主要针对在实际运行中,秸秆两相厌氧发酵系统产酸相和产甲烷相分离效果不好,产酸相产气较多,而产甲烷相产气率较低,导致秸秆生物转化率低、产气品质差等问题进行了研究。期望通过相关调控措施研究,减少产酸相产气、提高产甲烷相的产气量,这对工程运行中实现产酸相的敞口运行至关重要,最终达到减少工程投资、方便操作运行和随时进出料的目的。 1.通过对回流液进行曝气处理,来研究其对相分离的影响。结果表明：回流液曝气处理与未曝气处理系统的COD、SCOD、VFA、日产气量、日产甲烷含量、累积产气量、累积产甲烷量,曝气与未曝气处理问没有明显的差别；曝气处理后回流液的pH明显较曝气前与未曝气处理明显增加,但是对两相分离并没有明显影响；曝气处理对稻秸纤维素、半纤维素及木质素的降解也没有明显影响。故对回流液曝气处理不能实现相分离的目的。 2.试验以葡萄糖为底物,通过调节发酵液起始pH值及向厌氧反应器内曝气,研究pH调节与曝气处理对厌氧发酵产气量及产甲烷量的影响。结果表明：通过持续曝气处理,降低了反应器料液的pH值、提高了反应器料液的氧化还原电位、促使反应器中异丁酸和异戊酸积累,同时能够降低反应器的产气量及甲烷浓度,其中最大与最小累积产气量之间相差5倍左右；最大与最小累积产甲烷量之间相差330多倍；综合试验结果,起始pH值、曝气间隔时间及曝气量分别为6.0、8h和5L对厌氧发酵的产气量和产甲烷量的抑制有明显效果。 3.为验证实验2的效果,将实验2获得的参数在秸秆两相厌氧系统中进行验证,将两相系统的产酸相的起始pH值、曝气间隔时间及曝气量分别设置为6.0、8h和5L。结果表明：适宜的曝气处理间隔时间和起始pH调节能抑制产酸相产气能力及产甲烷菌的产甲烷能力,但是曝气处理两相系统产甲烷相的产气量和产甲烷量并没有比未曝气处理的增加。曝气处理两相系统的总产气量和总产甲烷量分别为未曝气处理的1/3和1/5左右,表明通过曝气处理,虽然降低了产酸相产气量,但同时也影响了秸秆水解速度或导致水解产物在酸化相被消耗,故通过对两相系统水解酸化相进行起始pH调节及曝气处理,未能达到预想的两相分离效果。 【关键词】：稻秸 两相厌氧发酵 曝气 pH 相分离
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 符号说明11-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 厌氧消化的机理和工艺12-15
• 1.1.1 厌氧消化机理12-14
• 1.1.2 厌氧消化工艺14-15
• 1.2 两相厌氧消化工艺的概况15-24
• 1.2.1 两相厌氧消化的基本原理15-16
• 1.2.2 两相厌氧消化的特点16-17
• 1.2.3 两相厌氧发酵工艺反应器17-18
• 1.2.4 两相厌氧消化工艺的发展18-19
• 1.2.5 两相厌氧消化的影响因素19-22
• 1.2.6 相分离的实现对整个工艺的影响22
• 1.2.7 相分离方法及研究22-24
• 1.3 研究日的意义及内容24-26
• 1.3.1 研究的目的意义24
• 1.3.2 研究的内容24-26
• 第二章 回流液曝气对相分离的影响26-44
• 2.1 材料与方法26-32
• 2.1.1 试验材料与工艺26-28
• 2.1.2 试验设计28-29
• 2.1.3 检测项目与方法29-31
• 2.1.4 数据分析31-32
• 2.2 结果与分析32-42
• 2.2.1 曝气处理与未曝气处理回流液pH的变化32
• 2.2.2 曝气处理回流液溶解氧(DO)的变化32-33
• 2.2.3 两相系统中COD、SCOD的变化情况33-36
• 2.2.4 曝气与未曝气处理日产气量36-37
• 2.2.5 曝气与未曝气处理日产甲烷含量变化37-38
• 2.2.6 曝气与未曝气处理累积产气量以及累积产甲烷量38-40
• 2.2.7 曝气与未曝气处理VFAs变化情况40-42
• 2.2.8 稻秸发酵前后纤维素、半纤维素及木质素含量变化与降解率42
• 2.3 本章小结42-44
• 第三章 PH与曝气调节对厌氧发酵产气量和产甲烷量的影响44-66
• 3.1 材料与方法44-46
• 3.1.1 试验材料44
• 3.1.2 试验装置44-45
• 3.1.3 试验设计45
• 3.1.4 检测项目与方法45
• 3.1.5 数据分析45-46
• 3.2 结果与分析46-65
• 3.2.1 pH变化46-47
• 3.2.2 Eh值变化47-49
• 3.2.3 产气量变化49-51
• 3.2.4 甲烷含量变化51-53
• 3.2.5 累积产气量和累积产甲烷量53-55
• 3.2.6 VFAs变化55-61
• 3.2.7 不同因素试验处理产气量和产甲烷量情况61-63
• 3.2.8 不同试验处理单位质量葡萄糖产气量和产甲烷量的方差分析63-65
• 3.3 本章小结65-66
• 第四章 产酸相PH与曝气调节对相分离的影响66-78
• 4.1 材料与方法66-68
• 4.1.1 试验材料与工艺66
• 4.1.2 试验设计66-67
• 4.1.3 检测项目与方法67-68
• 4.1.4 数据分析68
• 4.2 结果与分析68-77
• 4.2.1 产酸相pH变化68-69
• 4.2.2 产酸相Eh的变化情况69-70
• 4.2.3 不同处理产气量及甲烷含量的变化情况70-73
• 4.2.4 不同处理累积产气量和累积产甲烷量情况73-75
• 4.2.5 发酵前后稻秸三素含量变化及干物质损失情况75-77
• 4.3 本章小结77-78
• 第五章 结论与展望78-80
• 5.1 结论78
• 5.2 创新之处78
• 5.3 存在的问题与不足78
• 5.4 进一步的研究展望78-80
• 参考文献80-86
• 致谢86

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