薯类酒糟发酵制沼气的研究

【摘要】： 沼气厌氧发酵受很多因素的影响,最主要的因素是温度、接种量、pH、碳氮比等。适宜的温度有利于微生物的生长繁殖,而一定量的接种量是保证发酵的前提,适宜的酸碱度才能有利于微生物的生长,过酸、过碱都将阻止微生物的生长或死亡。 本试验对三薯(红薯、木薯、马铃薯)酒糟的微生物和工艺条件进行研究,主要的研究方法、内容、结果和意义如下： 1.通过常规的检测和分析方法,对三薯酒糟理化指标进行测定,发现三薯酒糟中蛋白质和纤维素的含量较高,蛋白质含量马铃薯(37.8413%)木薯(32.1415%)红薯(27.5721%)；纤维素的含量红薯(28.5020%)木薯(24.6956%)马铃薯(18.9092%)；总糖含量红薯(9.8078%)木薯(7.0764%)马铃薯(5.0623%)；从结果了解发酵基质的营养成分,从而为发酵做好前提准备。 2.通过测定红薯酒糟不同条件下的产气率(以每克干物质的产气量表示),来发现不同因素对产气率的影响。结果发现,在pH7.0,接种量30%,温度为30℃、35℃、40℃、45℃的条件下,45℃的产气率最高,为74.1856mL/g。在pH7.0,温度45℃,接种量分别为20%、30%、40%、50%的条件下,50%接种量的产气率最高,为124.1447mL/g。在温度45℃,接种量40%,pH为6.0-9.5的条件下,pH8.0的产气率最高,为173.0364mL/g。3.甲烷含量的分析采用导津GC2010气相色谱进行检测,在红薯酒糟发酵过程中单因素的45℃,50%接种量,pH为7.5时的甲烷平均百分量最高,分别为60.6724%,66.3670%,72.2646%。 4.红薯酒糟厌氧发酵时,固定发酵时间为40d,对温度、接种量和pH三因素进行L9(34)正交试验,得到总产气率、COD (Chemical oxygen demand,化学需氧量)降低率和甲烷百分量的最佳条件为：A3B2C2,即温度为45℃,接种量为40%,pH为8.0,发酵时间为40d。通过验证试验,得到总产气率、COD降低率和甲烷百分量分别为205.2675mL/g、59.82%和67.7459%。5.对红薯、木薯、马铃薯酒糟的产气率、pH、NH4+-N (Amino nitrogen,氨基态氮)和VFA (Total volatile fatty acids,总挥发性脂肪酸)进行对比分析。分析表明：最佳温度、最佳接种量、最佳pH时；红薯酒糟最佳pH时产气率最高,为173.0364mL/g；pH在后期维持在7.5；NH4+-N在800mg/L～1000mg/L之间；VFA在400mg/L～1200mg/L之间。木薯酒糟最佳pH时产气率最高,为190.5353mL/g；pH在后期维持在7.0；NH4+-N在400mg/L～1000mg/L之间；VFA在100mg/L～1000mg/L之间。马铃薯酒糟最佳pH时产气率最高,为169.2110mL/g；pH在后期维持在7.5；NH4+-N在1100mg/L～1700mg/L之间；VFA在300mg/L～1200mg/L之间。 6.对三薯的最佳温度、最佳接种量、最佳pH总甲烷产量进行对比,对比发现：红薯酒糟最佳pH的最高,为4905.4583mL；木薯酒糟最佳接种量的最高,为4316.1928mL；马铃薯酒糟最佳pH的最高,为4922.8880mL 7.在红薯酒糟中温发酵时,微生物采用系列稀释试管培养液培养,以MPN法计数,结果查三管最大或然数表。测得好氧产酸菌、好氧氨化菌、厌氧产酸菌、厌氧氨化菌和厌氧纤维素菌在45℃时生长、繁殖的速度最快。 【关键词】：酒糟 厌氧发酵 COD值 产气率 甲烷
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 文献综述13-25
• 1 选题背景13-15
• 1.1 利用生物质能源的意义13-14
• 1.1.1 煤炭、石油、天然气的利用现状13
• 1.1.2 沼气的利用现状和前景13-14
• 1.2 利用薯类(红薯、木薯、马铃薯)生产燃料乙醇的意义14-15
• 1.2.1 三薯的分布、成分与利用现状14-15
• 1.2.2 三薯生产燃料乙醇的意义15
• 1.2.3 薯类酒糟生产沼气的可行性15
• 1.2.3.1 薯类酒糟的现状15
• 1.2.3.2 酒糟的综合利用15
• 2 沼气的工艺条件及应用概况15-18
• 2.1 沼气发酵现状15-16
• 2.1.1 沼气发酵的微生物15-16
• 2.1.2 沼气发酵的阶段16
• 2.2 沼气工艺条件的优化16-18
• 2.2.1 钾、钠、钙、镁、磷的添加16
• 2.2.2 微量元素的添加16-17
• 2.2.3 吸附剂、螯合剂及染料的添加17
• 2.2.4 预处理和酶的添加17-18
• 2.2.5 煤炭、碱性物质的添加18
• 2.2.6 液料、麸皮的添加18
• 3 产甲烷菌的研究及应用概况18-23
• 3.1 产甲烷菌的研究概况18-20
• 3.2 产甲烷菌的分类20-21
• 3.2.1 嗜冷产甲烷菌20
• 3.2.2 嗜温和嗜热产甲烷菌20-21
• 3.2.3 极端嗜热产甲烷菌21
• 3.3 产甲烷菌的分离、筛选、鉴定和纯化21-23
• 3.3.1 产甲烷菌分离的环境21
• 3.3.2 产甲烷菌的分离、筛选和鉴定21-22
• 3.3.3 产甲烷菌的纯化22-23
• 4 前景展望23
• 5 立题意义及研究内容23-25
• 5.1 立题意义23-24
• 5.2 研究内容24-25
• 5.2.1 三薯酒糟成分的测定24
• 5.2.2 红薯酒糟沼气发酵过程中产气率、pH、NH4~+-N和VFA的变化24
• 5.2.3 薯类酒糟沼气发酵工艺条件的优化24
• 5.2.4 研究红薯酒糟沼气发酵过程中五大微生物菌群的动态变化24-25
• 第二章 红薯酒糟制取沼气的工艺条件研究25-48
• 1 材料与方法25-28
• 1.1 材料与仪器25-26
• 1.1.1 红薯酒糟25
• 1.1.2 接种物25
• 1.1.3 试验装置25-26
• 1.1.4 主要仪器26
• 1.1.5 化学试剂26
• 1.2 方法26-28
• 1.2.1 日产气量的测定26-27
• 1.2.2 化指标的测定27
• 1.2.3 COD值的测定27
• 1.2.4 产气率的测定27
• 1.2.5 甲烷的测定27
• 1.2.6 发酵工艺27-28
• 2 结果与分析28-46
• 2.1 三薯酒糟成分含量28-29
• 2.2 温度对红薯酒糟厌氧发酵的影响29-34
• 2.2.1 温度对红薯酒糟厌氧发酵产气量的影响29-30
• 2.2.2 温度对红薯酒糟厌氧发酵pH的影响30-31
• 2.2.3 温度对红薯酒糟厌氧发酵NH4+-N的影响31-32
• 2.2.4 温度对红薯酒糟厌氧发酵VFA的影响32-33
• 2.2.5 温度对红薯酒糟厌氧发酵甲烷百分量的影响33-34
• 2.3 时间对红薯酒糟厌氧发酵的影响34-36
• 2.3.1 时间对红薯酒糟厌氧发酵产气量的影响34-35
• 2.3.2 时间对红薯酒糟厌氧发酵pH的影响35-36
• 2.4 接种量对红薯酒糟厌氧发酵的影响36-39
• 2.4.1 接种量对红薯酒糟厌氧发酵产气量的影响36-37
• 2.4.2 接种量对红薯酒糟厌氧发酵pH的影响37
• 2.4.3 接种量对红薯酒糟厌氧发酵氨基态氮的影响37-38
• 2.4.4 接种量对红薯酒糟厌氧发酵VFA的影响38-39
• 2.4.5 接种量对红薯酒糟厌氧发酵甲烷百分量的影响39
• 2.5 pH对红薯酒糟厌氧发酵的影响39-43
• 2.5.1 pH对红薯酒糟厌氧发酵产气量的影响39-40
• 2.5.2 pH对红薯酒糟厌氧发酵pH的影响40-41
• 2.5.3 pH对红薯酒糟厌氧发酵NH4~+-N的影响41-42
• 2.5.4 pH对红薯酒糟厌氧发酵VFA的影响42-43
• 2.5.5 pH对红薯酒糟厌氧发酵甲烷百分量的影响43
• 2.6 正交试验43-46
• 2.7 红薯酒糟发酵总产气量和COD降低率的试验结果46
• 3 本章小结46-48
• 第三章 三薯酒糟制取沼气的对比分析48-66
• 1 材料与方法48-50
• 1.1 材料与仪器48-49
• 1.1.1 三薯酒糟48
• 1.1.2 接种物48
• 1.1.3 试验装置48
• 1.1.4 主要仪器48-49
• 1.1.5 化学试剂49
• 1.2 方法49-50
• 1.2.1 日产气量的测定49
• 1.2.2 理化指标的测定49
• 1.2.3 COD值的测定49
• 1.2.4 产气率的测定49
• 1.2.5 甲烷含量的测定49
• 1.2.6 发酵工艺49-50
• 2 结果与分析50-63
• 2.1 最佳温度对三薯酒糟厌氧发酵的影响50-54
• 2.1.1 最佳温度对三薯酒糟厌氧发酵产气量的影响50-51
• 2.1.2 最佳温度对三薯酒糟厌氧发酵pH的影响51-52
• 2.1.3 最佳温度对三薯酒糟厌氧发酵VFA的影响52-53
• 2.1.4 最佳温度对三薯酒糟厌氧发酵NH4~+-N的影响53-54
• 2.1.5 最佳温度对三薯酒糟厌氧发酵甲烷产量的影响54
• 2.2 最佳接种量对三薯酒糟厌氧发酵的影响54-58
• 2.2.1 最佳接种量对三薯酒糟厌氧发酵产气量的影响54-56
• 2.2.2 最佳接种量对三薯酒糟厌氧发酵pH的影响56
• 2.2.3 最佳接种量对三薯酒糟厌氧发酵NH4~+-N的影响56-57
• 2.2.4 最佳接种量对三薯酒糟厌氧发酵VFA的影响57-58
• 2.2.5 最佳接种量对三薯酒糟厌氧发酵甲烷产量的影响58
• 2.3 最佳pH对三薯酒糟厌氧发酵的影响58-63
• 2.3.1 最佳pH对三薯酒糟厌氧发酵产气量的影响58-60
• 2.3.2 最佳pH三薯酒糟厌氧发酵pH的影响60-61
• 2.3.3 最佳pH对三薯酒糟厌氧发酵NH4~+-N的影响61-62
• 2.3.4 最佳pH对三薯酒糟厌氧发酵VFA的影响62-63
• 2.3.5 最佳pH对三薯酒糟厌氧发酵甲烷产量的影响63
• 3 结论63-66
• 第四章 红薯酒糟制取沼气过程中微生物的生长规律66-73
• 1 材料与方法66-68
• 1.1 材料与仪器66-67
• 1.1.1 红薯酒糟66
• 1.1.2 接种物66
• 1.1.3 试验设计及试验方法66-67
• 1.1.4 主要仪器67
• 1.1.5 化学试剂67
• 1.2 培养基成分及检测方法67-68
• 1.2.1 培养基成分67-68
• 1.2.2 检测方法68
• 2 结果与分析68-72
• 2.1 不同发酵温度条件下好氧产酸菌的变化68-69
• 2.2 不同发酵温度条件下好氧氨化菌的变化69-70
• 2.3 不同发酵温度条件下厌氧产酸菌的变化70-71
• 2.4 不同发酵温度条件下厌氧氨化菌的变化71
• 2.5 不同发酵温度条件下厌氧纤维菌的变化71-72
• 3 结论72-73
• 第五章 全文总结73-77
• 1 研究结果73-75
• 1.1 三薯酒糟理化指标的结果73
• 1.2 红薯酒糟发酵过程中产气率、pH、NH_4~+-N和VFA的变化73
• 1.3 红薯酒糟发酵过程中甲烷的百分量73-74
• 1.4 红薯酒糟最佳工艺条件的确定74
• 1.5 三薯酒糟发酵效果的对比74-75
• 1.6 三薯酒糟发酵过程中甲烷产量75
• 1.7 红薯酒糟发酵过程中微生物的生长规律75
• 2 本试验创新之处75-76
• 3 今后的研究方向76-77
• 参考文献77-82
• 英文缩略词表82-83
• 三薯酒糟沼气成分气相色谱图83-85
• 致谢85-86
• 作者简介86
• 附件1 在读期间参与的科研情况86
• 附件2 在读期间发表论文及科研成果情况86
• 附件3 在读期间获奖情况86

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