秸秆废弃物固态发酵产氢的研究

【摘要】：在发酵生物制氢研究中,通常采用低的底物浓度(≦2.0%),由此产生的大量废水造成严重的二次环境污染问题。因此,以玉米秸秆为底物进行固态发酵产氢在秸秆类废弃物的综合利用和后续处理上具有重要的意义。为了减少发酵生物产氢过程中废水的产生,本文以秸秆废弃物为底物,对固态发酵产氢进行了初步的研究。具体内容如下： 1.考察了底物浓度对玉米秸秆产氢性能的影响,结果表明：较高的底物浓度对秸秆产氢有抑制作用。当底物浓度从20 g·L-1上升到60 g·L-1时,累积产氢量却从104.0ml·g-TS-1下降至49.6ml·g-TS-1。相应地,副产物挥发性脂肪酸(VFAs)的含量从4705.23mg·L-1快速增加到9374.01mg·L-1,反应后pH也从4.8下降至4.2。 2.为了提高在较高浓度(60g·L-1)条件下秸秆的产氢能力,先对发酵产氢的生态因子进行了单因素的优化,之后在此基础上利用响应面设计法寻求最佳工艺条件。通过统计软件minitab15对关键生态因子(初始pH、碳酸钠添加量和铁单质用量)进行回归分析,确定了产氢的最佳参数：初始pH为7.77,碳酸钠添加量为0.055g·g-cornstalk-1,铁添加量为957mg·L-1,且根据回归方程得到的理论氢气产量为79.384 ml·g-TS-1。 3.利用5L连续搅拌厌氧反应器(CSABR)对优化后的秸秆产氢进行了放大实验,考察了发酵过程中的氢产量、氢气浓度以及液态末端产物等。玉米秸秆的最大产氢量和产氢速率分别达到了80.6 ml·g-TS-1和2.5 ml H2·(g-TS·h)-1。实验数据和优化结果相吻合。 【关键词】：生物产氢 固态发酵 秸秆废弃物 高底物浓度
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 前言9-19
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 固态发酵研究进展11-17
• 1.2.1 发酵底物11-14
• 1.2.1.1 底物特性11-12
• 1.2.1.2 底物预处理12-13
• 1.2.1.3 底物的种类13-14
• 1.2.2 产气菌源14-15
• 1.2.3 关键生态因子15-17
• 1.2.3.1 温度15-16
• 1.2.3.2 pH16
• 1.2.3.3 C/N16-17
• 1.3 秸秆类生物质固态发酵产氢存在的主要问题17
• 1.4 本课题的研究意义和内容17-19
• 1.4.1 本课题的研究意义17-18
• 1.4.2 本课题的主要研究内容18-19
• 2 底物浓度对发酵产氢的影响19-32
• 2.1 材料与方法19-28
• 2.1.1 实验原料19-20
• 2.1.2 实验仪器与设备20-21
• 2.1.3 试验方法21
• 2.1.3.1 秸秆水解方法21
• 2.1.3.2 批式试验方法21
• 2.1.4 分析方法21-28
• 2.1.4.1 气体体积分析装置21-22
• 2.1.4.2 气相组分分析22-23
• 2.1.4.3 液相末端产物组分分析23-25
• 2.1.4.4 秸秆中还原糖含量的测定25-26
• 2.1.4.5 玉米秸秆中各成分的测定26-27
• 2.1.4.6 累积产氢量的测定与计算27
• 2.1.4.7 产氢动力学模型27-28
• 2.2 结果与讨论28-31
• 2.2.1 秸秆浓度对产氢的影响28-30
• 2.2.2 秸秆浓度对还原糖含量的影响30-31
• 2.3 小结31-32
• 3 固态发酵产氢的初步研究32-49
• 3.1 材料与方法32-34
• 3.1.1 实验原料32-33
• 3.1.2 实验仪器与设备33
• 3.1.3 试验方法33
• 3.1.3.1 秸秆水解方法33
• 3.1.3.2 批式试验方法33
• 3.1.4 分析方法33-34
• 3.1.4.1 秸秆总固体的测定33-34
• 3.1.4.2 其他分析方法34
• 3.2 结果与讨论34-40
• 3.2.1 菌源活化处理对产氢的影响34-35
• 3.2.2 温度对产氢的影响35-36
• 3.2.3 初始pH对产氢的影响36-37
• 3.2.4 氮源对产氢的影响37-38
• 3.2.5 单质铁对产氢的影响38-39
• 3.2.6 无水碳酸钠对产氢的影响39-40
• 3.3 响应面优化产氢40-47
• 3.3.1 响应面实验设计40-42
• 3.3.2 回归模型的建立及方差分析42-45
• 3.3.3 响应曲面分析45-47
• 3.4 验证试验47-48
• 3.5 小结48-49
• 4 小型放大实验的验证49-53
• 4.1 材料与方法49-50
• 4.1.1 实验原料49
• 4.1.2 实验仪器与设备49
• 4.1.3 试验方法49-50
• 4.1.3.1 秸秆水解方法49-50
• 4.1.3.2 放大实验试验方法50
• 4.1.4 分析方法50
• 4.2 结果与分析50-52
• 4.2.1 氢产量与氢气浓度的变化50-51
• 4.2.2 液相产物的变化51-52
• 4.3 小结52-53
• 5 结论53-54
• 参考文献54-61
• 个人简历 攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究成果61-62
• 致谢62

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

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

菌源处理方式对发酵产氢微生物菌群及产氢性能的影响    刘义;樊绍群;徐耀伟;樊耀亭;侯红卫;

混合菌种在发酵法生物产氢中的协同作用    林明,任南琪,王爱杰,王相晶

Fe和Fe~(2+)对混合细菌产氢发酵的影响    丁杰,任南琪,刘敏,丁兰

连续流生物制氢反应器乙醇型发酵的运行特性    任南琪,宫曼丽,邢德峰

污泥厌氧发酵产氢的影响因素    蔡木林,刘俊新

PCR-DGGE技术解析生物制氢反应器微生物多样性    邢德峰,任南琪,宫曼丽

玉米秸秆发酵浸出液模拟废水发酵产氢的放大实验研究    张茂林;魏瑞霞;樊耀亭;杏艳;侯红卫;

PLFA法研究稻草固态发酵中的微生物群落结构变化    喻曼;曾光明;陈耀宁;郁红艳;黄丹莲;陈芙蓉;

初始pH对酸性预处理污泥厌氧发酵产氢的影响    刘常青;张江山;牛冬杰;陈文花;赵由才;

黑曲霉固态发酵酸性α-淀粉酶的培养基优化研究    朱龙宝;汤斌;陶玉贵;汤洁;冯静;

生物制氢的研究现状及前景    尹爱国;林汉森;

用响应面分析法优化仙人掌多糖提取工艺参数    高宛莉;柴春月;杜瑞卿;

有机固体废弃物厌氧发酵处理的研究进展    左秀锦;巩潇;曹建明;苏荣梅;王永波;

山茱萸多糖提取的两次优化工艺研究    王立丽;

经济微藻重要次级代谢产物合成途径的研究进展    梁成伟;张晓雯;苏忠亮;

普洱茶渥堆过程中微生物对其品质形成的影响及其研究进展    黄振兴;赵明星;阮文权;严群;

好氧堆肥微生物研究方法进展    叶劲松;吴克;蔡敬民;俞志敏;陈天虎;

热带农业废弃物资源及沼气利用    焦静;王金丽;邓怡国;李明;欧忠庆;宋德庆;

光合细菌微生物产氢研究进展    唐雅琴;黄兵;刘仪柯;

秸秆类高C/N原料厌氧产甲烷条件初探    艾平;晏水平;王媛媛;王殿龙;张衍林;

用DGGE技术分析污水人工快速渗滤系统中微生物种群分布    姜昕;马鸣超;李俊;李力;钟佐燊;

堆肥微生物研究进展    金珠理达;王顺利;刘克锋;王红利;

几种常见农业有机废物产沼气研究    成官文;朱宗强;胡乐宁;梁斌;梁凌;

生物制氢技术现状及其研究进展    张全国;李刚;荆艳艳;

农业废弃物资源化利用新途径——覆膜槽干法发酵沼气工程技术    韩捷;向欣;李想;

厌氧技术在生活垃圾处理中的应用现状及发展趋势    齐岳;董保成;尹建锋;

微量金属元素对农业废弃物厌氧消化的作用    潘云霞;

浅谈生物制氢技术    李清华;张玲;杨红艳;刘畅;

制氢技术的研究进展    孙学凯;李清华;马溪平;山丹;

污泥厌氧消化过程中乙酸累积的微生态机理研究    许科伟

固定化微生物净化低浓度SO_2烟气研究    黄兵

活性炭及其改性催化剂应用于碘化氢分解的性能及机理研究    陈云

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

厨余物厌氧产氢过程控制因素优化研究    赵明星

德兴铜矿污染土壤重金属形态分布特征及微生物分子生态多样性研究    谢学辉

预处理后剩余污泥中温两相厌氧消化效能研究    李广

微网系统的运行优化与能量管理研究    张颖媛

生物油水汽重整制氢及由生物质合成气合成低碳醇的研究    叶同奇

甘蔗压榨汁制氢系统的工程控制对策及其微生物群落研究    焦安英

铁锰硅对凤眼莲生物质结构的影响    武少伟

香菇柄中滋味成分释放研究及香菇精的研制    吴关威

高产柚苷酶菌株的选育及发酵过程研究    潘方

高碳煤矸石与采残煤矿井下生物转化可燃气研究    唐敏

玉米秸秆预处理及对发酵产氢效果影响研究    曾召刚

杜氏盐藻异养转化藻株的鉴定及初步功能分析    吕文兵

固态混菌发酵纤维素酶工艺研究    罗永生

苹果渣固态混菌发酵产复合酶的研究    姜心

大规模风电并网条件下提高电力系统调峰能力的研究    孙亮

产γ—谷氨基甲酰胺合成酶的菌株的选育    张亚丽

高效秸秆发酵剂优良菌种的分离筛选与鉴定    孙力军,商常发,钟德山,张树杰,张忠诚

城市垃圾厌氧消化产酸阶段研究    张光明

城市垃圾的综合处理与能源回收    谭万春;王云波;

农作物秸秆废弃物厌氧发酵生物制氢的研究    李燕红;林钰;杏艳;樊耀亭;张亚辉;

中国大陆秸秆露天焚烧的经济损失研究    王丽;李雪铭;许妍;

微生物方法生产L-半胱氨酸的研究进展    杨金奎,何璧梅

几种金属离子对高效产氢细菌产氢能力的促进作用    林明,任南琪,王爱杰,张颖,王相晶,马放

甘蔗渣的蒸爆及水解技术的研究    叶红,李家璜,陈彪,欧阳平凯

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

不同产酸发酵菌群产氢能力的对比与分析    任南琪,秦智,李建政

不同接种物对牛粪高温厌氧发酵过程的影响    余建峰

重金属废弃物的净化    孙家寿;

废液、废弃物固化泥浆的处理方法    孙家寿;

利用葡萄酒业废弃物生产酒石酸钾钠    马东奎

聚酯改性铁红醇酸防锈漆的研制    闻经邦;熊桂芳;陈兴勇;

利用肉加工废弃物生产蛆蛋白    周光齐

废弃物复合材料研究的现状和发展    

柑桔废弃物制食用油    森

美国能源部环境管理计划    苗业田

扩大企业管理内涵促进化工行业可持续发展    陈琪琳

废弃物无氧超高温气化技术    洪蔚

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;

环保功能纳米建材    金宗哲;

石墨炉原子吸收光谱法测定废弃物中痕量钒    时玉珍;

浙江省农业废弃物的能源利用初探    吕旭东;

水泥工业发展循环经济的基础与现状分析    崔素萍;兰明章;陈全德;

FRP废弃物再利用途径    吕琴;封惠敏;

节约型水泥工业对粉体技术的需求    韩仲琦;

铝电解废弃物沸腾焙烧处理新技术的研究与实践    衣庆波;姜杰;曲爱民;张颖;靳洪山;

热固性复合材料回收材料的性能评价及用途    高红梅;孙永峰;隆翊;

用制糖废弃物可生产有机肥    李宏乾

我国每年产生尾矿废弃物约5亿吨    李坤芳

海口大量废弃物 期待变废为宝    记者　罗霞

江苏天工节能减排尝甜头    刘晓东

坚固公司十年吞掉废物二百万吨    孙国利高新中

北台钢铁节能减排实现“三降”    本报记者 谢文君

欧洲的零废弃物行动    本报记者 丁洪美

少打两斤农药多捕一筐对虾    李雪海李向中

“废弃物就是放错地方的资源”    本报记者　叶晓滨

我市城区沿街餐饮场所设置废弃物收集容器    白俊峰

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

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

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

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

杨木废弃物预处理技术和水解反应动力学的研究    刘姗姗

秸秆废弃物固态发酵产氢的研究    白真真

发酵产氢菌的分离及其产氢研究    马生华

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

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

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