中温混合厌氧发酵产沼气影响条件分析及优化

【摘要】：二十一世纪世界各国科技发展十分迅速,随着人口的增大,人们迫切寻求一种清洁能源来逐渐替代传统能源。生物质能源主要是动植物通过其新陈代谢活动将太阳能转变为生物质能贮存在自己体内,最后可以转变为化学能被利用的一种清洁能源。沼气是目前应用最广泛的生物质能源。一般工业产甲烷分为高温和中温,高温条件下生产甲烷成本过高,所以本文主要研究中温条件下混合原料厌氧发酵产沼气的影响条件及优化。根据本实验室条件,设计发酵反应实验,探究C/N,发酵浓度,接种物比例及温度四个条件单因素对混合原料厌氧发酵产沼气的影响。随后进行响应面优化实验,优化发酵条件。本研究获得以下研究成果:C/N 25:1~30:1是最适合进行混合原料沼气厌氧发酵的碳氮比区间。最佳发酵C/N为30:1,这一碳氮比条件下累计产气量和甲烷产量是各实验组最高。没有搅拌装置的情况下,一般控制发酵浓度为TS 8%~12%。在这一浓度区间,随着浓度升高累计产气量逐渐增大。TS浓度为12%时累计产气量及甲烷产量为各实验组最高。接种物比例对厌氧发酵四阶段具有重要影响,加大接种物比例可以缩短不产甲烷阶段的时间,并且提升产气速率及甲烷含量。在5%~20%接种物比例范围内,随着接种物比例增大,累计产气量及甲烷含量逐渐增大。接种物比例为20%时单位TS产甲烷量最大,产气量最大。中温条件一般为适合沼气厌氧发酵进行的条件,在25~45°C范围内随着温度升高累计产气量呈逐渐增大趋势,甲烷含量呈逐渐增大趋势,VS降解率呈逐渐增大趋势。说明高温有利于混合原料厌氧发酵产沼气的进行。由本部分实验优化混合原料厌氧发酵产沼气生产条件,600 m L发酵体系发酵浓度为TS 12%的情况下,最佳生产条件为C/N 28.4:1,接种物比例20%,发酵温度45°C。预测产甲烷1516 m L,实际产甲烷1509 m L。相对误差小于1%,表明优化结果具有合理性。 【关键词】：生物质能 甲烷 混合原料 厌氧发酵 影响因素
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 厌氧发酵技术概述10-19
• 1.2.1 厌氧发酵四阶段理论12-14
• 1.2.2 厌氧发酵的影响因素14-19
• 1.2.3 厌氧发酵的优缺点19
• 1.3 混合厌氧发酵研究状况19-21
• 1.3.1 国外的研究现状19-20
• 1.3.2 国内研究现状20-21
• 1.4 简述响应面法21
• 1.5 研究的目的及意义21-22
• 1.6 研究内容、方法和技术路线22-25
• 1.6.1 研究内容22-23
• 1.6.2 研究方法和技术路线23-25
• 第2章 材料与方法25-29
• 2.1 实验材料25
• 2.2 实验检测指标及药品仪器25-29
• 2.2.1 实验指标25-27
• 2.2.2 实验主要试剂27
• 2.2.3 实验主要仪器27-29
• 第3章 单因素对厌氧发酵影响实验设计及结果分析29-49
• 3.1 发酵条件实验前的预实验29
• 3.1.1 实验设计29
• 3.1.2 实验结果29
• 3.2 C/N对混合原料厌氧发酵产沼气的影响29-34
• 3.2.1 实验设计29-30
• 3.2.2 实验结果及分析30-34
• 3.3 发酵浓度(TS)对混合原料沼气厌氧发酵的影响34-38
• 3.3.1 实验设计34
• 3.3.2 实验结果及分析34-38
• 3.4 接种物比例对混合原料沼气厌氧发酵的影响38-43
• 3.4.1 实验设计38-39
• 3.4.2 实验结果及分析39-43
• 3.5 温度对混合原料沼气厌氧发酵的影响43-47
• 3.5.1 实验设计43
• 3.5.2 实验结果及分析43-47
• 3.6 小结47-49
• 第4章 混合原料厌氧发酵影响因素优化49-54
• 4.1 PLACKETT-BURMAN实验49-51
• 4.1.1 实验设计49-50
• 4.1.2 实验结果及分析50-51
• 4.2 中心组合设计实验51-53
• 4.2.1 实验设计51
• 4.2.2 实验结果及分析51-53
• 4.3 发酵条件优化实验53-54
• 4.3.1 模拟最优生产条件53
• 4.3.2 最佳生产条件验证53
• 4.3.3 小结53-54
• 结论54-55
• 展望55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

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