玉米秸秆生物发酵高氢沼气技术研究

【摘要】：世界经济的快速发展和人口的极速增长，无疑对能源的需求与日俱增。国际化石能源价格的不断飙升，石油、煤炭、电力资源日趋紧张，大量使用化石能源所带来的环境的急性恶化，开发和利用绿色能源成为必然趋势[1-2]。 当前国内外众多学者分别就沼气发酵和生物制氢中存在的问题都作出研究和讨论，但在如何利用成熟的沼气厌氧发酵和生物制氢工艺技术实现高氢沼气发酵工艺方面的研究甚少。 本论文是在国家公益性行业（农业）科研专项“沼气全面替代农户家庭商品用能的组合设备及技术研究”（项目编号：201303099）的资助下完成的。由于外界温度和反应液的pH能显著影响细菌的生长和产氢情况，本文通过选取五种不同的温度和六种不同的溶液pH，分别观测在不同的两种实验因素下随发酵时间发酵过程中H2体积百分含量、H2总产气量、CH4体积百分含量、CH4总产气量和累计总产气量的情况，探究两种因素对秸秆厌氧发酵产气和产氢的影响，为秸秆厌氧发酵生产高氢沼气工艺规模化研究提供了一定的科学参考。实验结果表明： （1）.秸秆厌氧发酵获得H2的时间为发酵开始后80h内，产气中H2体积百分含量趋势为先升高后下降，产氢时间与发酵液pH值不断降低的时间相一致。 （2）.在初始pH值7.0实验条件下，25℃、30℃、35℃和40℃4种不同温度下厌氧发酵时，40℃在同一时刻产气中H2体积百分含量最高，整个过程中H2的总产量也是最高的，但是在对比试验过程中40℃条件下CH4量和产气总量不高，其溶液的pH值一直处于下降状态且没有回升迹象，过度的酸化导致实验后期产气速率很低；25℃和35℃时总产氢量相近，相比35℃能够获得更高的总产气量和CH4量，总产氢量约为40℃时的70%，溶液发酵前期酸化后能很快恢复到适合产气的稳定状态；30℃产氢、产CH4和总产气量均低于其他三种情况。因此35℃为厌氧发酵生产高氢沼气工艺条件。 （3）.在35℃恒温条件下，5.65、5.90、6.53、7.53、8.14、8.936种不同初始pH值下厌氧发酵时，初始pH值5.65和5.90条件下的产气中H2体积百分含量和总产氢量均是最高的，但是两种情况下发酵过程中溶液酸碱度pH值在90h降至最低5.30后没有回升迹象，过度的酸化导致发酵液产气量迅速降低，实验后期产气停止，两种初始pH值下CH4体积百分含量、CH4量和总产气量均是最低；初始pH值7.53和8.14两种情况下CH4体积百分含量和CH4总产量比较接近，均高于其他四种情况，初始pH值8.14发酵过程H2体积百分含量高于7.53，其H2总产量是7.53的两倍。因此，初始pH值8.14为厌氧发酵生产高氢沼气的最佳工艺条件。 （4）.在35℃恒温、初始pH值8.14最佳工艺条件下发酵过程中H2体积百分含量最高可达4.5%，在280h发酵过程中共获得65ml H2，每天最高产气量为2020ml/day。 【关键词】：厌氧发酵 高氢沼气 温度 初始pH 工艺条件
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 致谢4-7
• 摘要7-9
• 1.绪论9-18
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 秸秆类生物质利用现状10-11
• 1.3 沼气发酵技术11-13
• 1.3.1 我国沼气发展现状11
• 1.3.2 沼气发酵原理及关键工艺条件11-13
• 1.3.3 秸秆沼气发酵模式13
• 1.4 生物质制氢技术13-16
• 1.4.1 生物质热化学转换法制氢13-14
• 1.4.2 微生物法制氢14-16
• 1.5 本课题研究意义和内容16-18
• 2.温度对高氢沼气发酵工艺的影响18-27
• 2.1 引言18-19
• 2.2 材料与方法19-21
• 2.2.1 实验材料19
• 2.2.2 实验设备19-20
• 2.2.3 测定方法和实验步骤20-21
• 2.3 结果与分析21-26
• 2.3.1 不同发酵温度下产氢的变化22-24
• 2.3.2 不同发酵温度下产甲烷的变化24-25
• 2.3.3 不同发酵温度条件下总产气量的变化25
• 2.3.4 不同发酵温度条件下发酵过程 pH 变化25-26
• 2.4 结论与建议26-27
• 3.pH 对高氢沼气发酵工艺的影响27-33
• 3.1 引言27-28
• 3.2 材料和方法28
• 3.3 结果与分析28-32
• 3.3.1 不同发酵初始 pH 条件下产氢的变化28-30
• 3.3.2 不同发酵初始 pH 条件下产甲烷的变化30-31
• 3.3.3 不同发酵初始 pH 条件下总产气量的变化31
• 3.3.4 不同发酵初始条件下发酵过程 pH 变化31-32
• 3.4 结论与建议32-33
• 4.结论及建议33-35
• 4.1 结论33
• 4.2 建议33-35
• 参考文献35-38
• ABSTRACT38-39

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