秸秆厌氧发酵产沼气及其结壳特性研究

【摘要】：能源问题是人类实现可持续发展必须要面对的问题之一。随着现代社会赖以生存与发展的石油、煤等化石燃料的消耗量日益增加，同时这些不可再生能源正日渐枯竭，能源问题已成为制约社会未来发展的潜在危机，开发清洁可再生能源是解决能源危机、减少环境污染、走可持续发展道路的重要途径。特别是生物质能源的研究与开发自然而然成为当今世界的热点问题。微生物在生长繁殖过程中能分解有机质，并把贮存其中的能量转化为能源，这种可再生新能源的研究与开发，已经被人们广泛关注。 秸秆沼气发酵能够杀死农作物秸秆中的病虫卵，发酵过后的沼液可作为有机肥料，也可用沼液喷施果树、蔬菜和农作物，同时还有抗病虫害、抗寒和增产的作用。沼渣是秸秆沼气厌氧发酵后剩余的半固体物质，其含有丰富的腐殖酸、有机质、氨基酸、氮、磷、钾等大量的微量元素；它可作为土壤改良剂，减少使用化肥带来的环境污染，促进生态农业建设。 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。根据目前秸秆沼气厌氧发酵技术取得的进展和存在的问题，本文主要内容集中在对发酵影响较为显著的因素上，总固体浓度、接种量和发酵温度，对发酵阶段的工艺参数进行优化，并对得出的优化工艺条件进行分析，同时也对厌氧发酵过程的结壳特性进行试验研究，取得的主要成果主要有以下几个方面： （1）文章以玉米秸秆为原料，选取发酵温度、总固体浓度、接种量三个因素，采用三因素三水平的正交表进行实验。通过对产气量的极差和方差分析得到厌氧发酵的最优组合为：总固体浓度为6%，接种物的接种量为总发酵原料的25%，发酵温度为35℃。 （2）选取三种不同粒度的玉米秸秆，在优化的厌氧发酵条件下进行实验，并对比分析各组实验的发酵潜力，结果表明当粉碎粒度为6-10mm时的发酵潜力最高。 （3）分析三种粉碎粒度秸秆沼气日产气量的变化规律。 （4）分析三种粒度的甲烷含量变化趋势，三种粒度的变化趋势较为相似，甲烷含量在发酵初期显著增加，达到一定值后有小幅度的下降，直至发酵结束，甲烷含量较为平稳，波动较小。其中粉碎粒度在6-10mm时达到三种粒径的最大甲烷含量，即在厌氧发酵的第20天，含量达到58.1%。 （5）对三种不同粒径的悬浮结壳层厚度和强度进行对比分析，得出相同粒径、同一料液浓度下，结壳悬浮体的厚度越大，其所需破壳强度就越大；相同料液浓度、不同粒径的条件下，15-25mm粒径下其破壳强度最大，6-10mm次之，0.5-2mm粒径下其破壳强度最小。 【关键词】：玉米秸秆 厌氧发酵 正交 产气量 甲烷含量 结壳
【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7-8
• 1. 文献综述8-19
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 秸秆利用技术9-10
• 1.3 秸秆沼气发酵技术10-14
• 1.3.1 秸秆厌氧发酵产沼气原理10-11
• 1.3.2 影响秸秆沼气发酵工艺因素11-14
• 1.4 秸秆沼气发酵的国内外研究现状14-16
• 1.4.1 秸秆沼气发酵的国外研究现状14-15
• 1.4.2 秸秆沼气发酵的国内研究现状15-16
• 1.5 秸秆沼气发酵存在的问题16-17
• 1.6 课题研究的目的和主要内容17-19
• 1.6.1 课题研究的目的17
• 1.6.2 课题研究的主要内容17-18
• 1.6.3 课题研究的技术路线18-19
• 2. 实验材料、仪器和方法19-22
• 2.1 实验材料19
• 2.1.1 发酵原料19
• 2.1.2 接种物19
• 2.2 实验仪器和装置19-20
• 2.3 测定指标及方法20-22
• 2.3.1 产气量与累积产气量测定20
• 2.3.2 PH 值测定20-21
• 2.3.3 TS、VS 测定21
• 2.3.4 化学需氧量 COD 测定21
• 2.3.5 甲烷含量测定21-22
• 3. 玉米秸秆厌氧发酵产沼气的实验优化22-28
• 3.1 实验设计22-24
• 3.1.1 正交实验的目的22
• 3.1.2 正交实验因素及水平的确定22
• 3.1.3 正交表的选择22-23
• 3.1.4 实验方案的确定23-24
• 3.2 试验结果与分析24-27
• 3.2.1 不同厌氧发酵条件下玉米秸秆累积产气量24
• 3.2.2 正交实验的极差分析24-26
• 3.2.3 正交实验的方差分析26-27
• 3.3 本章小结27-28
• 4. 不同粉碎粒度秸秆优化条件下厌氧发酵产沼气研究28-36
• 4.1 实验设计28
• 4.2 实验结果与分析28-34
• 4.2.1 沼气日产气量分析28-29
• 4.2.2 沼气累积产气量分析29-30
• 4.2.3 沼气中甲烷含量分析30-31
• 4.2.4 沼气日产气量和甲烷含量对比分析31-33
• 4.2.5 产气率分析33-34
• 4.2.6 不同粉碎粒度秸秆产沼气的经济性分析34
• 4.3 本章小结34-36
• 5. 不同粒度秸秆厌氧发酵产沼气的结壳特性研究36-41
• 5.1 结壳形成原因36-37
• 5.2 实验内容37-38
• 5.2.1 实验内容及其评价指标37
• 5.2.2 实验步骤37-38
• 5.3 实验结果与分析38-41
• 6 结论与建议41-43
• 6.1 结论41
• 6.2 建议41-43
• 参考文献43-48
• ABSTRACT48-49

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