铁氧化物强化纤维素类生物质产甲烷研究

【摘要】：厌氧消化是农业废弃物资源化利用的有效途径之一。本课题首先以玉米秸秆为例，研究了初始FeCl3加入量分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.5%、3%、6%（基于秸秆的挥发性组分）时秸秆厌氧发酵产沼气、产甲烷过程以及沼液沼渣特征。结果表明初始FeCl3加入量为3%，秸秆的厌氧产甲烷效率相对于对照（加入量0%）提高了14%。X射线衍射分析结果表明FeCl3存在时，沼渣中纤维素的结晶度显著降低。沼渣的组分分析结果表明FeCl3的存在有助于提高玉米秸秆中纤维素及半纤维素的分解效率，从而提高了秸秆产甲烷效率。该研究可为农业废弃物甲烷化利用提供参考。 另外通过投加电子受体来提高有机类污染物厌氧消化效率，已成为当前比较热门的研究方向。该课题通过投加Fe含量分别为0、0.5%、1.0%、2%(基于菹草中挥发性组分)的铁化合物（如针铁矿）对菹草厌氧发酵产沼气产甲烷的影响进行研究，另外投加Fe含量1.0%FeCl2设定为对照组。试验测定了累计产沼气产甲烷量产CO2量、有机碳、有机酸、化学需氧量和纤维素酶等过程参数。结果表明针铁矿不仅可以促进菹草厌氧发酵水解效率，而且能提高纤维素酶的活性，此外CO2量反映出针铁矿有提高微生物的生长活性。另外对沼渣进行XRD和组分分析，结果显示针铁矿对菹草的结构有很明显破坏作用，对纤维素和半纤维素的降解效率有明显的促进作用，最终提高厌氧体系产沼气产甲烷量。 【关键词】：厌氧发酵 玉米秸秆 菹草 铁化合物
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S216.4;X712
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 研究背景和意义14-17
• 1.2 生物质能源概况17-19
• 1.2.1 生物质能源种类17-19
• 1.2.2 生物质能源潜能与分布19
• 1.3 电子受体的种类及相应的物化特性19-20
• 1.3.1 该课题电子受体分类19
• 1.3.2 电子受体的优化选取及成本降低19-20
• 1.4 厌氧发酵类型及发酵设备的设计与优化20
• 1.4.1 厌氧发酵的类型20
• 1.4.2 常用厌氧发酵设备20
• 1.4.3 厌氧发酵设备的优化技术方案20
• 1.5 外源性电子受体提高有机废弃物能源化效率展望20-21
• 1.5.1 经济效益20-21
• 1.5.2 环境效益21
• 1.5.3 社会效益21
• 1.6 研究目的及研究内容21-23
• 1.6.1 研究目的21-22
• 1.6.2 研究内容22
• 1.6.3 外源性电子受体参与发酵机理研究22-23
• 第二章 FeCl_3促进玉米秸秆厌氧发酵的研究23-31
• 2.1 研究背景23
• 2.2 材料与方法23-25
• 2.2.1 试验材料23-24
• 2.2.2 试验设计及装置24
• 2.2.3 样品处理及分析24-25
• 2.2.4 Gompertz 方程25
• 2.3 结果与讨论25-30
• 2.3.1 厌氧反应体系总产气量与甲烷产量的变化25-27
• 2.3.2 厌氧发酵结束后沼液的特征分析27-28
• 2.3.3 厌氧残渣中木质纤维素含量28-29
• 2.3.4 沼渣的 XRD 分析29-30
• 2.3.5 铁的赋存形式30
• 2.4 小结30-31
• 第三章 铁氧化物对菹草厌氧发酵过程的影响研究31-43
• 3.1 研究背景31-32
• 3.2 材料与方法32-34
• 3.2.1 试验材料32
• 3.2.2 试验设计及装置32-33
• 3.2.3 样品处理及分析33
• 3.2.4 Gompertz 方程33-34
• 3.3 结果与讨论34-42
• 3.3.1 厌氧反应体系总产气量与甲烷产量的变化34-36
• 3.3.2 厌氧发酵体系中气体组分变化36-37
• 3.3.3 反应体系气相(CO_2)和液相中无机碳的变化37-38
• 3.3.4 反应体系液相中 IC、TOC 的变化38
• 3.3.5 反应体系中有机酸和纤维素酶活的变化38-39
• 3.3.6 反应体系中铁的变化39-40
• 3.3.7 反应体系中 COD 和 TN 的变化40-41
• 3.3.8 沼渣中组分特征41
• 3.3.9 沼渣中组分 XRD 特征41-42
• 3.4 结论42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 铁氧化物对乙酸钠产甲烷过程的作用研究43-48
• 4.1 研究背景43
• 4.2 材料与方法43-45
• 4.2.1 试验材料43
• 4.2.2 试验设计及装置43-45
• 4.2.3 样品处理及分析45
• 4.2.4 Gompertz 方程45
• 4.3 结果与讨论45-47
• 4.3.1 沼气和甲烷累计产量45-46
• 4.3.2 发酵结束后厌氧体系液相中有机酸含量46-47
• 4.4 小结47-48
• 第五章 结论与展望48-49
• 参考文献49-59
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况59-60

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