水稻秸秆和苹果渣发酵制备高氢生物气的研究

【摘要】：发酵法生物制氢是利用生物技术分解有机废弃物来制备氢气,它能够实现生物能的制备和减少农业废弃物的双重目的。本文分别以水稻秸秆、苹果渣为产氢底物,以牛粪为天然产氢菌源,通过厌氧发酵制备氢气。 试验考察了预处理条件、初始pH值、发酵温度和底物浓度等对水稻秸秆产氢能力的影响。试验研究结果表明:稀硫酸预处理在水稻秸秆产氢发酵中具有显著的作用。用1.8%的硫酸100℃热处理水稻秸秆30min,累计产氢量为19.64ml/gTS(TS:total solid),是未处理秸秆累计产氢量(0.1ml/gTS)的196倍。发酵温度是影响水稻秸秆微生物产氢的关键因素。经过正交优化试验,测得水稻秸秆最佳厌氧发酵产氢条件为:初始pH8.5,37℃,牛粪与秸秆质量比为0.44:1和底物浓度为57.89g/L,此时的累计产氢量为32.42ml/gTS,生物气中氢气浓度达到67.93%,没有检测到甲烷气的生成。 当以苹果渣为底物进行厌氧发酵产氢时,发现发酵温度对苹果渣的产氢能力有很大影响。通过单因素试验和正交优化试验,确定了苹果渣最佳厌氧发酵产氢条件:初始pH8.0,37℃和底物浓度为34.32g/L,此时的累计产氢量为35.21ml/gTS,生物气中氢气浓度达到61.19%,同样没有检测到甲烷。 在批式试验的基础上,对水稻秸秆和苹果渣产氢过程进行了5L小型放大试验,分别考察了产氢微生物对水稻秸秆和苹果渣的降解特性以及产氢体系的pH值变化。试验结果表明:两者在发酵产氢过程中都伴随着挥发性脂肪酸(乙酸、丙酸和正丁酸)和醇(乙醇和正丙醇)的形成,它们是发酵产氢代谢过程中的主要副产物。本试验的产氢体系属于丁酸型发酵,发酵的末端产物主要以乙酸和正丁酸为主,两者分别占液相发酵末端产物总量的87%和71%。 【关键词】：氢气 水稻秸秆 苹果渣 厌氧发酵 挥发性脂肪酸
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 选题背景10-12
• 1.2 制氢技术的研究现状12-18
• 1.2.1 传统制氢技术12-13
• 1.2.2 生物制氢技术的提出13
• 1.2.3 光合法生物制氢13-15
• 1.2.4 发酵法生物制氢15-18
• 1.3 厌氧发酵制氢利用的底物18-23
• 1.3.1 纤维素的分子结构18-19
• 1.3.2 纤维素的预处理方法19-23
• 1.4 厌氧发酵产氢过程中存在的问题23
• 1.5 本课题研究意义与研究内容23-26
• 1.5.1 立题意义23-24
• 1.5.2 课题研究内容24-26
• 第二章 水稻秸秆厌氧发酵制氢试验的研究26-50
• 2.1 引言26
• 2.2 试验材料与仪器26-27
• 2.2.1 试验原料26-27
• 2.2.2 试验试剂27
• 2.2.3 试验仪器27
• 2.3 试验方法27-36
• 2.3.1 原料分析方法27-28
• 2.3.2 试验分析项目和方法28-32
• 2.3.3 水稻秸秆的预处理32-33
• 2.3.4 牛粪菌源的预处理33-34
• 2.3.5 水稻秸秆厌氧发酵制氢试验34-35
• 2.3.6 水稻秸秆产氢5L小型放大试验35-36
• 2.4 试验结果与讨论36-48
• 2.4.1 水稻秸秆原料成分36
• 2.4.2 水稻秸秆不同预处理方法对产氢能力的影响36-39
• 2.4.3 牛粪菌源预处理方法对秸秆产氢能力的影响39-40
• 2.4.4 水稻秸秆厌氧发酵制氢单因素试验40-43
• 2.4.5 水稻秸秆厌氧发酵制氢正交试验43-45
• 2.4.6 水稻秸秆产氢5L小型放大试验及微生物代谢特征的研究45-48
• 2.5 本章小结48-50
• 第三章 苹果渣厌氧发酵产氢的研究50-63
• 3.1 引言50
• 3.2 试验材料与仪器50-51
• 3.2.1 试验原料50-51
• 3.2.2 试验试剂51
• 3.2.3 试验仪器51
• 3.3 试验方法51-53
• 3.3.1 原料分析方法51-52
• 3.3.2 试验分析项目和方法52
• 3.3.3 牛粪菌源的预处理52
• 3.3.4 苹果渣厌氧发酵制氢试验52-53
• 3.3.5 苹果渣产氢5L小型放大试验53
• 3.4 试验结果与分析53-62
• 3.4.1 苹果渣原料成分53-54
• 3.4.2 发酵温度对苹果渣产氢量的影响54
• 3.4.3 初始PH对苹果渣产氢量的影响54-55
• 3.4.4 底物浓度对苹果渣产氢量的影响55-56
• 3.4.5 苹果渣厌氧发酵制氢正交试验56-58
• 3.4.6 苹果渣产氢5L小型放大试验及其微生物的代谢特征研究58-62
• 3.5 本章小结62-63
• 第四章 工作总结及展望63-65
• 4.1 全文主要结论63
• 4.2 工作展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位阶段发表的论文70

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