木薯渣厌氧发酵制取沼气的研究

【摘要】： 木薯渣(Cassava dregs)作为一种有机固体废弃物,其高产量、易腐烂等特性已对环境造成污染,从环境友好和废物资源化的角度,厌氧发酵技术是对其进行科学处理的较佳方式。因而,本文对木薯渣的组成特性进行了测定,同时研究了木薯渣酸化特性即生化可行性,在此基础上对木薯渣单相间歇厌氧发酵制取沼气的主要工艺参数进行了优化。 实验测得木薯渣含水率平均为87.6%,干渣中灰分含量平均为2.1%,挥发性固体(Valatile solid,VS)含量平均为98%,说明木薯渣是一种典型的高固体有机物,生物质组分极高,其中淀粉占总固体含量的57.12%,纤维素占28.49%,脂质、蛋白质很少,属于高碳水化合物、低蛋白质的物质,C/N平均为49。 酸化实验证实木薯渣可生化性好,但极易酸化,在较高含固率(大于8%)条件酸化过程中,挥发性脂肪酸(Valatile fatty acid,VFA)快速积累,导致反应体系初期pH值剧降并始终维持在低值。木薯渣的酸化特性对其厌氧发酵甲烷化的启动和进行产生较大的不利影响。 研究证实了虽然木薯渣极易酸化,但木薯渣厌氧发酵自行调控启动甲烷化是可行的,发酵体系的接种率和含固率是关键因素,实验确定70%接种率,8%的含固率是在对发酵体系不进行pH调控的情况下,保证木薯渣厌氧发酵产甲烷顺利启动和进行的最佳条件,产气率和最高甲烷含量分别为249.5ml/gVS和49.6%。 温度优化实验得出,中温35℃有利于使木薯渣厌氧发酵甲烷化达到最佳效果。产气率和最高甲烷含量都高于25℃和55℃实验组,分别为247.8mL/g(VS)和49.2%。 对发酵体系进行pH调控研究证实,在调控厌氧发酵体系pH恒至7时,接种率可由70%下调至50%,含固率仍为8%,发酵产气甲烷化最佳,累积产气量、产气率和最高甲烷含量分别为4280mL、232.4 mL/g(VS)49.7%,再下调接种率或提高含固率均不利于甲烷化产气。在此基础上,采用发酵前期,即水解产酸阶段pH调控在6,中后期产甲烷阶段pH调控到7的过程调控方式,产气效果更为优化,产气率达到254.6mL/gVS,最高甲烷含量为50.9%。 最后,根据上述实验结果提出木薯渣单相间歇厌氧发酵制取沼气的最佳工艺路线分为两条: ㈠不进行外部pH调控时,最佳工艺为接种率70%(接种污泥占发酵体系总干物质的百分比),含固率8%,发酵温度35℃,在此工艺下,产气率可达249.5ml/gVS。 ㈡进行外部pH调控的最佳工艺为接种率50%,含固率8%,发酵温度35℃,pH调控采用发酵前期调控至6,中后期调控至7的分段调控方式,在此工艺下,产气率可达254.6ml/gVS。 【关键词】：木薯渣 厌氧发酵 工艺调控 产气率 甲烷
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 有机固体废弃物概述12
• 1.2 有机固体废弃物处理现状12-14
• 1.2.1 填埋12-13
• 1.2.2 焚烧13
• 1.2.3 堆肥13-14
• 1.2.4 厌氧发酵14
• 1.3 厌氧发酵技术概述14-19
• 1.3.1 厌氧发酵处理的基本过程14-17
• 1.3.2 厌氧生物处理的影响因素17-19
• 1.4 有机固体废弃物厌氧发酵工艺研究与应用现状19-21
• 1.5 本论文的研究意义与内容21-23
• 1.5.1 研究意义21-22
• 1.5.2 研究内容22-23
• 第二章 木薯渣的特性研究23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 材料与方法23-29
• 2.2.1 实验材料23
• 2.2.2 实验设备与试剂23-24
• 2.2.3 实验方法24-25
• 2.2.4 分析方法25-29
• 2.3 结果与分析29-32
• 2.3.1 木薯渣的组成特性29-30
• 2.3.2 接种物驯化30-31
• 2.3.3 木薯渣酸化特性31-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 接种量、含固率对木薯渣厌氧发酵的影响34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 材料与方法34-40
• 3.2.1 实验装置与工艺流程34-35
• 3.2.2 实验材料35
• 3.2.3 实验设备与试剂35-36
• 3.2.4 实验方法36-38
• 3.2.5 分析项目及方法38-40
• 3.3 结果与分析40-47
• 3.3.1 不同接种率、含固率条件发酵过程中pH 值及VFA 浓度的变化40-43
• 3.3.2 不同接种率、含固率实验组发酵过程中产气及甲烷含量的变化43-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 温度对木薯渣厌氧发酵的影响49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 材料与方法49-51
• 4.2.1 实验装置与工艺流程49-50
• 4.2.2 实验材料50
• 4.2.3 实验设备与试剂50
• 4.2.4 实验方法50-51
• 4.2.5 分析项目及方法51
• 4.3 结果与分析51-55
• 4.3.1 不同发酵温度条件下厌氧发酵液pH 值的变化51-52
• 4.3.2 不同发酵温度下对发酵过程产气的影响52-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 pH 调节对木薯渣厌氧发酵的影响57-69
• 5.1 引言57-58
• 5.2 材料与方法58-59
• 5.2.1 实验装置与工艺流程58
• 5.2.2 实验材料58
• 5.2.3 实验设备与试剂58
• 5.2.4 实验方法58-59
• 5.2.5 分析项目及方法59
• 5.3 结果与分析59-67
• 5.3.1 pH 调控至7.0，改变接种率和含固率对厌氧发酵的影响59-63
• 5.3.2 不同pH 调控方式对厌氧发酵的影响63-67
• 5.4 本章小结67-69
• 结论69-71
• 参考文献71-78
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果78-79
• 致谢79

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