玉米秸秆厌氧发酵法生产氢气和甲烷过程的参数优化

【摘要】：本文优化了玉米秸秆发酵生产氢气和甲烷的过程参数,主要研究内容如下： 1.以20g/L的蔗糖为底物,考察了七种不同天然产氢菌源的发酵产氢性能,其中经110℃烘干预处理的金水河污泥产氢效果最佳,蔗糖的累积产氢量和最大氢气浓度分别为280ml/g-底物和47.9%；利用上述菌源,以0.3%盐酸预处理的玉米秸秆为底物(20g/L),在10L反应器中,36±1℃条件下进行产氢实验,最大产氢量为64.3 ml/g-秸秆、最大产氢速率为18.8mlH2/(g·h)、最大氢气浓度为48.1%。 2.研究了酸解条件对玉米秸秆产氢性能的影响,在121℃、固液比为1:10,硫酸浓度为1.5%、水解时间为60min条件下,玉米秸秆的产氢效果最好,累积产氢量为114.7ml/g-秸秆、最大氢气浓度为45.3%。 3.在10L半连续流搅拌反应器中,优化了秸秆模拟废水发酵产氢的过程参数,在36±1℃、HRT=6 h、pH=4.5±0.2,产氢反应体系能够持续运行(403h),最大的产氢速率,最大氢气浓度和最大产氢量分别为0.316LH2/(L·h)、62.1%和379.2]ml/g-substrate。 4.从温度、初始pH、底物浓度、催腐剂用量等方面系统考察了催腐剂处理的玉米秸秆产甲烷性能,结果显示：在高温50±1℃、初始pH=8.0、催腐剂用量为0.075g/Kg-秸秆的条件下,批次实验中,底物浓度50g/L时,秸秆的产甲烷性能最好,累积甲烷产量、最大甲烷浓度、最大产甲烷速率分别为321.0ml/g-秸秆、78.2%、56.7ml/(g·d)；放大实验中,底物浓度150g/L的产甲烷性能最好,累积甲烷产量、最大甲烷浓度、最大产甲烷速率分别为204.9ml/g-秸秆、79.5%、24.1ml/(g·d)。 【关键词】：玉米秸秆 酸水解 发酵 微生物 氢气 催腐剂 甲烷
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ920.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 前言10-20
• 1.1 研究背景10
• 1.2 天然产氢菌源预处理方式对产氢效果的影响10-13
• 1.3 纤维素类生物质的预处理13-14
• 1.4 生物发酵制氢放大实验的研究现状14-16
• 1.5 产甲烷的研究进展16-19
• 1.6 本课题研究思路19-20
• 第二章 不同天然菌源的产氢性能20-30
• 2.1 实验材料及主要设备20-22
• 2.1.1 产氢菌源20
• 2.1.2 营养液20-21
• 2.1.3 底物:蔗糖21
• 2.1.4 主要实验设备21-22
• 2.2 实验方法22-24
• 2.2.1 菌源预处理方法22
• 2.2.2 批次试验方法22-23
• 2.2.3 累积产氢量的计算23
• 2.2.4 产物的气相组分分析23-24
• 2.2.5 产物的液相组分分析24
• 2.3 结果与讨论24-27
• 2.3.1 不同菌源的产氢性能24-27
• 2.4 酸解的玉米秸秆发酵产氢27-29
• 2.4.1 实验材料和主要设备27
• 2.4.2 实验方法27-28
• 2.4.3 结果与讨论28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 酸解条件对玉米秸秆产氢能力的影响30-37
• 3.1 实验材料及主要设备30-31
• 3.1.1 实验原料30
• 3.1.2 主要实验设备30-31
• 3.2 实验方法31-32
• 3.2.1 玉米秸秆的酸解方法31
• 3.2.1.1 酸解时间31
• 3.2.1.2 稀酸的浓度31
• 3.2.2 批次试验方法31
• 3.2.3 生物气组成及其含量检测31-32
• 3.2.4 液相末端产物组分分析32
• 3.3 结果与讨论32-36
• 3.3.1 酸解时间对产氢性能的影响32-34
• 3.3.2 硫酸浓度对产氢性能的影响34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 秸秆模拟废水连续发酵产氢37-43
• 4.1 实验材料及主要设备37-38
• 4.1.1 产氢菌源及其驯化培养37
• 4.1.2 主要实验设备37-38
• 4.2 实验方法38-39
• 4.2.1 厌氧反应器实验方法38-39
• 4.2.2 生物气组成及其含量检测39
• 4.2.3 液相末端产物组分分析39
• 4.3 结果与讨论39-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第五章 催腐剂预处理的玉米秸秆发酵产甲烷43-54
• 5.1 实验材料及主要设备43
• 5.1.1 实验原料43
• 5.1.2 主要实验设备43
• 5.2 实验方法43-45
• 5.2.1 批次实验方法43-44
• 5.2.2 玉米秸秆产甲烷的放大实验44
• 5.2.2.1 玉米秸秆预处理方法44
• 5.2.2.2 小型放大实验方法44
• 5.2.3 生物气组成及其含量检测44-45
• 5.3 结果与讨论45-53
• 5.3.1 批次试验45-50
• 5.3.1.1 反应温度的影响45
• 5.3.1.2 初始pH的影响45-46
• 5.3.1.3 催腐剂用量对玉米秸秆产甲烷的影响46-48
• 5.3.1.4 底物浓度对玉米秸秆产甲烷的影响48-50
• 5.3.2 玉米秸秆产甲烷小型放大实验50-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 结论54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 个人简历62

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