稻秆干发酵制沼气工艺参数的研究

【摘要】：目前，能源紧张的问题日益突出，大力开发新能源已是解决能源问题的主要方向，我国是一个农业大国，农业生产过程中产生了大量秸秆等农业废弃物，合理的利用这一部分生物质能源，则能有效的缓解我国一部分能源问题。目前，我国农作秸秆的资源化利用主要有秸秆肥料化利用、秸秆饲料化利用、秸秆基料化利用、秸秆原料化利用和秸秆燃料化利用。在诸多秸秆资源化的技术中，秸秆沼气技术是最能充分利用秸秆资源的一种清洁工艺。通过沼气发酵把蕴藏在秸秆中的生物能，以沼气形式释放出来，作为能源使用，沼渣和沼液中含有氮、磷、钾等元素成为优质的有机肥料，再进入新的物质能量循环系统中，对环境污染小，并且使秸秆资源得到了最大程度的利用。 在我国，秸秆沼气发酵当前主要采用湿发酵技术，但由于湿发酵技术耗能高、处理干物质的成本高且产气效率不高等一系列缺点，再加上农村经济的发展和农业结构的调整，禽畜养殖业主要向大规模的集约化形式发展，家庭养殖业生产的能够作为发酵原料的禽畜粪便已经不多，使秸秆和禽畜粪便分离，限制了湿发酵技术适应的范围和地域，所以，越来越多的研究者把目光投向了干发酵技术研究领域。国内干发酵技术起步较晚，受国外的影响在城市固废垃圾方面的研究比较多，而对秸秆干发酵的研究并不多，大多数也是在近几年才开始。干法发酵与湿法发酵有很大的不同，发酵工艺参数也不一样，这些不同主要表现在发酵总固体浓度、发酵温度、pH调节、堆沤时间、接种量等方面，因此很有必要对干发酵工艺参数进行研究。对于秸秆干发酵技术，采用不同的发酵原料，其发酵工艺参数是不同的。 根据目前稻秆厌氧干发酵取得的进展和存在的问题，本文的研究内容主要集中在对干发酵的影响较为显著的因素上，如碱剂量、含水率、接种时间、总固体浓度、接种物的接种量、发酵温度等，对预处理和干发酵两个阶段的工艺参数优化，并对得出的最优工艺条件作了具体的研究，取得一定的成果，主要有以下几个方面： （1）选取影响预处理的因素碱剂量、含水率和接种时间，进行三因素三水平的正交实验，得到稻秆预处理的最优参数组合为：碱剂量为6%，含水率为80%，接种时间为6d。 （2）选取影响干发酵的因素总固体浓度、接种物的接种量、发酵温度，进行三因素三水平的正交实验，得到稻秆干发酵过程中的最优参数组合为：总固体浓度为25%，接种物的接种量应为发酵原料的25%，发酵温度为35℃。 （3）选取四组稻秆，分别进行不优化、预处理优化、发酵过程优化、全过程优化四组实验，对比分析各组实验的发酵原料各组分的降解程度，结果表明全过程优化的发酵原料的降解程度最高。 （4）实验还研究了不优化、预处理优化、发酵过程优化、全过程优化四组实验中日产气量、累积产气量、甲烷含量、发酵料液中COD浓度及pH值的变化情况。 【关键词】：稻秆 干发酵 碱剂量 含水率 接种时间 总固体浓度 接种量 发酵温度
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 致谢4-8
• 摘要8-9
• 1 文献综述9-26
• 1.1 选题背景9-11
• 1.2 沼气发酵的原理及过程11-14
• 1.2.1 沼气发酵中的微生物11-12
• 1.2.2 沼气发酵的机理12-14
• 1.3 国内外沼气发酵的研究与发展状况14-18
• 1.3.1 国外沼气发酵的研究与发展状况14-16
• 1.3.2 国内沼气发酵的研究与发展状况16-18
• 1.4 秸秆干发酵技术及其发展状况18-24
• 1.4.1 干发酵技术的概述18-19
• 1.4.2 秸秆干发酵技术的优势19
• 1.4.3 影响秸秆干发酵的因素19-23
• 1.4.4 秸秆沼气干发酵的研究进展23-24
• 1.5 课题研究的目的意义和内容24-26
• 1.5.1 课题研究的目的意义24-25
• 1.5.2 课题研究的内容25-26
• 2 实验材料、仪器及方法26-31
• 2.1 实验材料26-27
• 2.1.1 发酵原料26
• 2.1.2 接种物26
• 2.1.3 实验药品、试剂和器材26-27
• 2.2 实验仪器27
• 2.3 发酵装置27-28
• 2.4 测定指标及方法28-31
• 2.4.1 总固体（TS）及挥发性固体（VS）的测定28
• 2.4.2 发酵原料中纤维素和半纤维素含量的测定28-29
• 2.4.3 产气量的测定29
• 2.4.4 沼气中甲烷含量的测定29
• 2.4.5 发酵料液中 COD 含量的测定29-30
• 2.4.6 发酵料液中 pH 值的测定30-31
• 3 稻秆厌氧干发酵预处理条件的优化31-36
• 3.1 实验原理31
• 3.2 实验设计31-32
• 3.2.1 正交实验表31-32
• 3.2.2 实验步骤32
• 3.3 实验结果与分析32-35
• 3.3.1 不同预处理条件下稻秆厌氧干发酵产气量结果32-33
• 3.3.2 稻秆预处理正交实验结果的极差分析33-34
• 3.3.3 稻秆预处理正交实验结果的方差分析34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 稻秆厌氧干发酵条件的优化36-41
• 4.1 实验原理36
• 4.2 实验设计36-37
• 4.2.1 正交实验表36-37
• 4.2.2 实验步骤37
• 4.3 实验结果与分析37-40
• 4.3.1 不同发酵条件下稻秆厌氧干发酵产气量结果37-38
• 4.3.2 稻秆厌氧干发酵正交实验结果的极差分析38-39
• 4.3.3 稻秆厌氧干发酵正交实验结果的方差分析39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 5 最优条件下稻秆厌氧干发酵产沼气的研究41-48
• 5.1 实验原理41
• 5.2 实验设计41
• 5.3 实验步骤41-42
• 5.4 实验结果与分析42-47
• 5.4.1 稻秆干发酵后的实验结果42-43
• 5.4.2 各组实验所得的累积产气量的差异43
• 5.4.3 日产气量随发酵时间的变化情况43-44
• 5.4.4 各组实验发酵所得沼气中甲烷含量的变化情况44-45
• 5.4.5 发酵料液中 COD 含量随发酵时间的变化情况45-46
• 5.4.6 发酵料液的 pH 随发酵时间的变化情况46-47
• 5.5 本章小结47-48
• 6 结论及建议48-50
• 6.1 主要结论48
• 6.2 问题及建议48-50
• 参考文献50-53
• Abstract53-54

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