生物质秸秆利用化学—活性污泥法制取氢气的初步研究

【摘要】：生物制氢技术作为一种新兴的制氢技术,它可以利用包括工农业废弃物在内的多种有机物作为基质产生氢气,耗能少,成本低廉,有巨大的应用前景和发展潜力。 生物质是植物光合作用的最主要的产物,实际产量丰富。利用现代生物技术将秸秆等纤维素类物质转化为新能源,可以缓解或解决能源问题以及农作物资源对环境污染的问题。本文以经预处理的农业水稻秸秆为原料,以活性污泥作为天然厌氧发酵菌群来源,厌氧发酵制取生物氢气。 原料的预处理关系到后续工序和物料转化利用率、产品得率、成本等。利用化学的、物理的方法对纤维素类物质进行预处理,可以提高对原料的利用率。作为预处理过程中两种最为常见的处理方法,酸处理与氨处理相比,酸处理更能提高纤维素类物质的利用率,提高产氢量。在最适条件下,将原料中纤维素、半纤维素的利用率从氨处理时的24.28%提高到35.87%。酸处理的最适工艺条件为,硫酸浓度0.7%,处理压力0.1MPa,维压时间60min,固液比为1:12,原料过60 目筛。原料秸秆经过处理后,在温度37℃,初始pH 值6.0,底物浓度30g/L,污泥浓度27.5g/L,以蛋白胨为有机氮源,NH_4Cl 为无机氮源条件下的产氢能力为94.69ml/(g·TS)。 同时对厌氧发酵生物产氢过程进行了试验研究,优化了产氢条件,其最适厌氧发酵产氢的工艺条件为,温度37℃,初始pH 值7.0,底物浓度40g/L,污泥浓度27.5g/L,以玉米浆为有机氮源,NH4Cl 为无机氮源。在此条件下,原料秸秆的产氢能力为131.7ml/(g·TS),产氢延迟时间为5.8 小时,原料中纤维素、半纤维素的利用率提高到49.89%。所得生物气产物中没有检测到甲烷,氢气含量为55.4%。 利用以农作物秸秆为代表的纤维素类物质经预处理结合发酵产氢的研究较少,本文完成了由纤维素类物质经预处理后发酵制取生物氢气的工艺路线,通过设计正交实验对酸(氨水)浓度、反应压力、时间以及固液比等参数的研究,考察了秸秆在不同预处理条件下产氢的情况,优化预处理条件,提高了秸秆的有效利用率;同时对厌氧发酵生物产氢过程在不同条件(pH 值、温度等)下的产氢过程进行了试验研究,优化了产氢条件。本课题的初步研究为以后厌氧产氢的机理研究、高效产氢反应器的研制以及日后的工业化利用提供了一定的依据。 【关键词】：生物质 纤维素 水解 厌氧发酵 活性污泥 生物制氢
【学位授予单位】：南京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 前言9-21
• 1.1 选题背景9-11
• 1.2 生物质能源利用技术11-16
• 1.2.1 热化学法11-13
• 1.2.2 生物转化法13-15
• 1.2.3 几种生物质利用方法比较15-16
• 1.3 氢源的优越性16-17
• 1.4 生物制氢的应用与发展趋势17-18
• 1.5 本文的研究思路18-21
• 1.3.1 预处理过程19-20
• 1.3.2 厌氧发酵过程20-21
• 第二章 原料预处理过程条件研究21-47
• 2.1 纤维素类物质的组成及性质21-25
• 2.1.1 纤维素21-23
• 2.1.2 半纤维素23-24
• 2.1.3 木质素24-25
• 2.2 生物质预处理25-26
• 2.3 酸处理对纤维素类物质产氢能力的影响26-40
• 2.3.1 实验材料与仪器26-28
• 2.3.2 分析方法28-30
• 2.3.3 实验内容与方法30-32
• 2.3.4 实验结果与分析32-39
• 2.3.5 小结39-40
• 2.4 氨水处理对纤维素类物质产氢能力的影响40-46
• 2.4.1 实验材料与仪器40
• 2.4.2 分析方法40
• 2.4.3 实验内容与方法40
• 2.4.4 实验结果与分析40-45
• 2.4.5 小结45-46
• 2.5 本章小结46-47
• 第三章 厌氧发酵产氢条件优化47-63
• 3.1 实验材料与仪器47
• 3.2 分析方法47
• 3.3 实验内容与方法47
• 3.4 结果与讨论47-62
• 3.4.1 限制性生长因子对产氢能力的影响47-60
• 3.4.2 搅拌转速对产氢情况的影响60-62
• 3.5 本章结论62-63
• 第四章 结论和建议63-65
• 4.1 结论63-64
• 4.2 建议64-65
• 参考文献65-70
• 发表文章70-71
• 致谢71

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

有机废弃物厌氧发酵参数优化对产氢的影响    仲云龙;姚建松;李建平;吴迪;

纤维组分对古籍纸质文献老化的影响    李贤慧;贺宇红;王金玉;奚三彩;张溪文;

玉米秸秆及其纤维素的改性和吸附水体镉离子的机理研究    郑刘春

高效利用玉米秸秆的产氢菌种及其产氢性能研究    曹广丽

生物质发酵制氢过程基础研究    李涛

产氢污泥预处理方法探讨及性能比较    张续春

预处理方法对玉米秆厌氧发酵制氢的影响研究    王剑

气候变化对厌氧发酵生物制氢影响规律的研究    徐辉

生物质废弃物能源回收利用实验研究    肖雯

极端环境微生物的研究概况    迟桂荣

超临界水中纤维素气化制氢的实验研究    毛肖岸,郝小红,郭烈锦,杜新武

秸杆的利用与深加工    张雪松,朱建良

玉米秸秆氨化汽爆处理及其固态发酵    杨雪霞,陈洪章,李佐虎

厌氧活性污泥与几株产氢细菌的产氢能力及协同作用研究    李白昆,吕炳南,任南琪

生物质气化技术研究现状及发展前景    邱钟明,陈砺

利用木质纤维素生产燃料酒精的研究进展    张继泉,王瑞明,孙玉英

生物质生产酒精的研究进展    王倩,张伟,王颉,李长文

生物质能源转换新技术及其应用    董宏林,P.F.RANDERSON,F.M.SLATER

生物质产氢的研究现状与发展    李建昌,张无敌,宋洪川,谢建

稻草纤维填充聚丙烯材料的研究    关宏宇,吕通建,杨永珍,李冠军,邱醒宇,宋迎霞,李旭辉,李莹

HDPE/木粉复合材料的性能研究    熊成;戚嵘嵘;

化学预处理对牧草酶解糖化发酵效果的影响    高凤芹;孙启忠;

中药丹皮残渣固态发酵产酶与糖化工艺的研究    李曼曼;姚日生;李凤和;胡华佳;

稻草秸秆预处理实验研究    叶生梅;

江西省农林秸秆炭开发应用的途径与前景    王小东;王玉;周文才;

生物制氢的研究现状及前景    尹爱国;林汉森;

利用生物质废弃物生产生物基产品    毛渺浩;刘斌;

高山茭白基地农业环境质量监测与评价    何爱兰,朱圣潮

多环芳烃微生物降解的研究进展    刘莉;陈玉成;于萍萍;

杂交鹅掌楸材性、纤维特性及制浆性能研究    吴淑芳;张留伟;蔡伟健;喻正发;

大麻纤维性能及生物酶脱胶工艺研究    蒋少军;李志忠;张新璞;胥顺吉;

大麻纤维的生物酶脱胶技术    蒋少军;李志忠;张新璞;胥顺吉;

自混合下行循环流化床生物质快速热解制燃料油    田原宇;梁鹏;盖希坤;乔英云;

纤维素生产燃料乙醇技术概述    吴昊;解生权;韩晓颖;

秸秆预处理技术对比研究    周礼;吴达科;谢春燕;

生物质能的应用及研究进展    李磊;王彬彬;

农林废弃物的综合利用    刘芳;乔英云;巩志坚;田原宇;

生物质自混合下行循环流化床快速热解制燃料油    田原宇;梁鹏;乔英云;盖希坤;冯娜;安晓熙;

开发利用生物质能源,促进广西农业持续发展    陆豫;冼萍;理河;周航;

阔叶木生物质精炼两种利用模式的研究    迟聪聪

淀粉/纤维素类生物质发酵联产氢气和甲烷的机理研究    谢斌飞

槽形竖壁冷凝强化规律研究与结构优化    朱登亮

国家石油储备基地运行管理研究    朱根民

基于溶胶—凝胶法的功能因子缓释技术研究及其在纺织品芳香保健功能整理中的应用    李永海

基于PSR概念模型的我国战略性矿产资源安全评价    赵洋

江苏省沿海潮间带风电产业综合评价研究    严晓建

利用两种大型海藻制备生物能源的探索研究    冯大伟

玉米秸秆发酵生产酒精的研究    张强

木质纤维素大分子白腐菌改性机制及热解性质研究    杨雪薇

铁锰硅对凤眼莲生物质结构的影响    武少伟

脆性水稻秸秆的生物预处理及发酵    刘晨娟

一株热带假丝酵母利用木糖生长及其产酒精特性的研究    刘兰杰

生物质快速热解制生物质油的实验研究    胡兴涛

汽爆玉米秸秆同步糖化发酵产乙醇的工艺研究    赖智乐

轻金属LiAlH_4，LiBH_4储放氢第一性原理研究    崔向前

稻秸秆提取纤维农用非织造地膜的研究    程士润

青山湖针阔混交林主要树种生态位特征及其演替研究    黄俊臻

氢能载体甲基环己烷在Ni/γ-Al_2O_3催化剂上的脱氢反应研究    陈卓

秸秆生物发酵对日光温室辣椒越冬栽培的影响    付乃旭

氢能源——二十一世纪的新能源    邵栋;

利用有机质发酵产氢的影响因素与应用前景    曹东福;黄兵;张续春;

玉米秸秆厌氧生物发酵制氢的特性研究    孙学习;李涛;任保增;樊耀亭;

啤酒厂废水厌氧处理产氢研究    刘斌;吴克;蔡敬民;李绍辉;俞志敏;金杰;

秸秆纤维复合材料的发展概况    杨军,余木火,陈惠芳

城市垃圾处理与可持续发展    宋晓岚

纸张制浆方式对纸张老化的影响分析    孟朝阳;

电动自行车用燃料电池的产业化之路    宋二虎

厌氧发酵产氢反应器研究进展3    吴迪;谢育红;刘常青;郑育毅;张江山;

利用有机物厌氧发酵生物制氢的研究进展    左宜,左剑恶,张薇

    本报实习生 李睿钦

头孢类药物在模拟生物溶液中热力学行为研究    李玉

CO厌氧发酵制氢工艺基础及反应器性能研究    赵亚

紫外线损伤微生物机理及增强活性污泥降解特性应用研究    江映翔

自交联型淀粉接枝共聚物的合成与动力学研究    李和平

产氢—产乙醇细菌群落结构与功能研究    邢德峰

锰氧化物改性过滤材料对铜和铅离子的吸附研究    邹卫华

生物质高效水解及发酵产氢的机理研究    戚峰

蒙脱土、高岭土和层状双金属氢氧化物对Pb~（2+）和对硝基苯酚的吸附研究    张树芹

利用农业秸秆制备阴离子吸附剂及其性能的研究    王宇

烟杆基活性炭的制备及吸附处理重金属废水的研究    张利波

玉米秸秆预处理及对发酵产氢效果影响研究    曾召刚

发酵产氢菌的分离及其产氢研究    马生华

天然脱酸剂对纸质文献脱酸的研究    韩玲玲

生物质发酵制氢细菌的富集优化研究及产氢过程分析    计新静

用农产品废弃物制备纤维素强阳离子交换剂及其应用    解战峰

农业有机废弃物厌氧发酵生物制氢研究    刘宝敏

有机废水在UASB反应器中的厌氧发酵产氢的试验研究    郝小龙

锌对镉胁迫下小白菜生长与抗氧化系统的影响    方学智

玉米芯酸水解工艺及其水解液的乙醇发酵研究    王晨霞

醋酸稀溶液络合萃取过程研究    徐晨

改性秸秆纤维素在水处理中除磷的研究    吴文清;黄少斌;张瑞峰;祝光富;

绿色木霉改性玉米秸秆溢油吸附剂的制备及其性能研究    蓝舟琳;彭丹;郭楚玲;朱超飞;薛秀玲;党志;

甜菜渣在微生物燃料电池中产电性能的研究    吴迪;丁琦;王欣宇;唐宇;

基于镉吸附的花生壳酶改性研究    赵雅兰;易筱筠;雷娟;党志;

玉米秸秆生物炭对Cd~(2+)的吸附特性及影响因素    徐楠楠;林大松;徐应明;谢忠雷;梁学峰;郭文娟;

苹果渣固态厌氧发酵制备生物质氢气的研究    马晓珂;王振斌;陈克平;王倩倩;常金科;

生物质废弃物发酵制氢实验研究    刘海馨;吴畏;

改性稻草去除水中SO_4~(2-)和Cr(Ⅵ)的特性和机理研究    曹威

定向优选阳极微生物促进生物电化学系统效能的研究    孙丹

蔗髓改性制备重金属离子吸附材料及其机理研究    刘新亮

水稻秸秆不同工艺条件下发酵液作为底物的产絮效能研究    王哲

一株纤维素高效分解性细菌的分离和筛选    张先成

产氢污泥降解淀粉废水半连续产氢基础研究    包云

两种食品废水冲击下的生物制氢系统稳定工程技术研究    张百慧

玉米秸秆的化学改性、表征及吸油性能的研究    朱超飞

静电纺木质素/醋酸纤维素微纳米纤维及其对重金属离子的吸附研究    黄燕

松针降解细菌的筛选及其酶学特性的研究    王瑶

玉米秸秆/蒙脱土纳米复合材料的制备及对水中Pb~(2+)的吸附性能研究    王利香

氢氧化镁改性沸石对水体中甲基橙、亮绿和镉离子的吸附研究    高帅鹏

玉米秸秆的生物改性及其对石油吸附性能的研究    蓝舟琳

超临界水生物质催化气化制氢实验系统与方法研究    郝小红,郭烈锦

建立我国战略石油储备势在必行    赵宏图,李荣

1999年我国石油进出口状况分析    田春荣

燃料乙醇的发展前景    傅其军

21世纪我国石化工业面临的挑战和发展战略浅析    陶志华

厌氧活性污泥与几株产氢细菌的产氢能力及协同作用研究    李白昆,吕炳南,任南琪

玉米秸杆制取木糖醇的研究    张启峰，张世平，邵延文，陈鹏刚，张启涛

固定化酵母的双底物乙醇连续发酵    邓旭，郑重鸣，岑沛霖，谢熠

带有木糖还原酶基因和木糖醇脱氢酶基因的重组酿酒酵母的构建    汪天虹,MerjaPentil　,李波

秸杆综合利用探析    王宜明,范家友,高红武,梁红,苏锡南,何咏梅

热处理对污泥厌氧发酵产氢的影响    陈文花;刘常青;张江山;赵由才;

有机废水制取氢气及COD的去除    屈冉;李俊生;孙振钧;刘雪连;郑小雨;

厨余与污泥联合发酵不同预处理产氢特性研究    宋庆彬;李爱民;鞠茂伟;刘卓;

分子生物学技术在厌氧发酵产氢中的应用    肖本益;刘俊新;林佶侃;曲久辉;

Biolog鉴定产氢发酵细菌及其产氢能力的研究    吴薛明;

生物制氢细菌分离培养与分子鉴定技术进展    李永峰;徐菁利;张文启;李建政;

光合生物制氢过程中系统温度变化实验研究    王素兰;张全国;周雪花;

产氢菌的投加方式对强化发酵菌群产氢的影响    秦智;任南琪;李建政;

活性污泥以木糖为碳源产氢发酵的工艺条件    任云利;孙鲜明;吴云骥;王键吉;

生物发酵制氢菌种富集优化与产氢的关联研究    计新静;李涛;孙学习;江振西;任保增;

高效产氢菌种Biohydrogenbacterium R3 sp.nov.连续流厌氧发酵生物制氢的研究    陈红;李永峰;徐菁利;邓婕璇;郜爽;

利用农林废弃物发酵产氢的研究    刘旭;马春红;李晓煜;何晓棣;甄占萍;吴哲;王立安;贾银锁;

利用厨余进行厌氧发酵产氢的研究    刘艳;黄晓婷;吴畏;

木质纤维素产氢菌筛选及其产氢能力    王爱杰;辛亮;高灵芳;任南琪;史英君;包红旭;

污泥预处理对提油后藻渣产氢的影响    杨智满;郭荣波;

碳源、氮源及碳／氮比值对发酵产氢细菌RF-9产氢性能的影响    郑国香;任南琪;钟溢键;李小玲;吴川福;周湘良;

汽爆秸秆好氧厌氧交替发酵制氢    陈洪章;王岚;李冬敏;

污泥和水葫芦混合发酵产氢的影响因素分析    程军;潘华引;戚峰;周俊虎;刘建忠;岑可法;

通过酸性末端产物气相分析判定产氢细菌    李永峰;任南琪;王兴祖;胡立杰;

厌氧发酵过程数学模型研究    何光设;蒋恩臣;

同步代谢秸秆木糖和葡萄糖的产氢新菌种及其产氢特性    许继飞

同步代谢秸秆木糖和葡萄糖的产氢新菌种及其产氢特性    许继飞

厌氧发酵产氢菌筛选及产氢菌突变体库构建    刘洪艳

乙醇型发酵群落分析及产乙醇杆菌功能基因表达研究    赵鑫

高效利用玉米秸秆的产氢菌种及其产氢性能研究    曹广丽

高效利用玉米秸秆的产氢菌种及其产氢性能研究    曹广丽

微小空间内光合细菌产氢行为及鼓泡强化产氢实验研究    屈晓凡

超微秸秆光合生物产氢体系多相流数值模拟与流变特性实验研究    荆艳艳

微藻生物质暗发酵和光发酵耦合产氢气以及联产甲烷的机理研究    夏奡

光合细菌产氢过程中能质传输及超声强化特性研究    谢学旺

发酵产氢菌的分离及其产氢研究    马生华

厌氧发酵产氢反应器连续运行及产氢菌的分离鉴定    秦丹

暗发酵生物产氢系统的参数优化    吴黎阳

Klebsiella sp.HQ-3产氢代谢调控及其发酵制氢的条件优化    于文燕

乙醇产氢发酵特性及其与微生物电解池耦合梯级产氢    李兆雯

秸秆与粪便预混处理技术及产氢实验研究    冯宜鹏

高温产氢微生物的分离筛选与鉴定    邴薇

高效产氢菌株筛选及厌氧发酵条件优化    刘合钦

高效产氢菌株筛选及厌氧发酵条件优化    刘合钦

活性污泥中产氢细菌的筛选及其产氢特性研究    邓慧