户用沼气池秸秆干发酵技术研究

【摘要】： 我国秸秆资源丰富,各类秸秆产生量每年已达到7亿t,这其中42%直接或过腹还田,30%作为农用燃料,8%作为工业或其他用途,另外20%约1.2亿吨剩余未被利用,而被就地焚烧或遗弃,造成了环境污染与资源浪费,因此,急待开发农作物秸秆的综合利用技术。利用秸秆作底物,开发产沼气化技术,一方面可利用微生物发酵将其转化为优质燃料,以缓解我国的能源供需压力;另一方面既解决了农村沼气池原料不足的问题,有利于沼气技术的推广,也调整了农村能源结构,改善了家居卫生条件,提高了农村健康水平,因此,秸秆厌氧发酵能源化技术是秸秆利用的一条重要途径。 本课题,采用L_9(3~3)正交试验法,研究了秸秆干发酵快速启动技术、添加微量元素对秸秆产气影响,依据秸秆干式厌氧发酵特点,自行设计了户用型沼气发酵装置,并应用该装置进行了秸秆干式发酵的中试试验,同时,还对一大型沼气工程运行情况进行监测。研究结果表明: 在35℃,总固体浓度(TS)为25%,C/N比为25左右,pH值中性条件下,最佳快速启动条件是:稻草堆腐六天;粪草比(原料质量比)为1:1.86;接种量为40%(占原料重)。微量元素Ni、Co能够显著影响干发酵的日产气量,当Ni、Co加入量各为2μmol/L时,前10天的累积产气量较高,高于空白对照约50%。 在上述优化结果的基础上,研究了发酵前期过程的产酸特征,结果表明:在秸秆干发酵正常启动阶段,发酵液中的有机酸以乙酸和丙酸为主。开始时乙酸含量较高,达4000 mg·L~(-1),随后逐渐降低,发酵到14天时降至1000 mg·L~(-1)以下,维持在500 mg·L~(-1)左右,这说明乙酸易被分解利用;而丙酸含量呈先升高后降低的趋势,从约2000 mg·L~(-1)逐渐升高,14天时达到最高值4000 mg·L~(-1),而后又逐渐降低至2000 mg·L~(-1)左右,这可能与丙酸的代谢途径有关。 从中试试验结果看,以秸秆为主要原料的干发酵,在常温条件下可持续3～6个月,平均日容积产气率为0.08 m~3/m~3·d,最高日容积产气率为0.23 m~3/m~3·d;产气量低主要由于日温差超过10℃,微生物活动受到抑制;如能增加保温措施,提高发酵温度,加大接种量,可提高日容积产气率。因此,在户用沼气池中以秸秆为主要原料的干发酵是可行的,但仍有许多问题有待进一步解决。 对宜兴市兴望农牧沼电示范工程采样分析了1个月运行数据,该工程采用以猪粪尿为发酵原料的高效厌氧反应器UBF工艺,工程运行结果表明:COD_(Cr)去除率平均大于85%,BOD_5去除率在93.1%以上;进水中的TN为730～1550 mg·L~(-1),出水(沼液)在502～620 mg·L~(-1)之间;进水中的TP含量为87～197 mg·L~(-1),出水(沼液)在53～98mg·L~(-1)之间;月产沼气约7500 m~3,日容积产气率平均为0.25m~3/m~3·d,系统运行稳定。 【关键词】：秸秆 干发酵 沼气 接种 产酸规律
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 文献综述11-21
• 1 秸秆综合利用技术进展12-16
• 1.1 秸秆养畜，过腹还田12
• 1.2 秸秆作为有机肥还田利用12-14
• 1.3 秸秆种菇及作其他工业原料14
• 1.4 秸秆作为农村沼气制取原料利用14-16
• 2 厌氧发酵产沼气能源技术16-17
• 2.1 沼气能源16
• 2.2 沼气发酵原理16-17
• 2.3 沼气发酵类型17
• 3 沼气发酵干发酵技术17-18
• 3.1 沼气发酵干发酵技术特点17
• 3.2 沼气发酵干发酵技术研究进展17-18
• 4 沼气池与沼气工程18-19
• 5 本研究目的和意义19-21
• 5.1 目的和意义19-20
• 5.2 技术路线20-21
• 第二章 秸秆干发酵快速启动研究21-31
• 1 材料与方法21-24
• 1.1 材料21
• 1.2 试验方法21-22
• 1.3 实验装置与处理22
• 1.4 测试项目与方法22-24
• 2 结果与讨论24-31
• 2.1 原料堆腐对产气的影响24-27
• 2.2 接种量对产气的影响27
• 2.3 粪草比对产气的影响27-28
• 2.4 微量元素Ni、Co对产气量的影响28-31
• 第三章 产酸特征研究31-39
• 1 材料与方法31-33
• 1.1 材料31
• 1.2 试验方法31
• 1.3 方案设计31-32
• 1.4 测试项目与方法32-33
• 2 结果与讨论33-38
• 2.1 不同处理发酵前后对物料性状的影响33-34
• 2.2 不同处理日均产气量和累积产气量比较34-35
• 2.3 不同处理发酵过程中乙醇和VFA组分变化比较35-38
• 2.4 不同处理发酵液的pH变化38
• 3 小结38-39
• 第四章 秸秆干发酵中试试验39-48
• 1 前言39
• 2 材料与方法39-41
• 2.1 材料39
• 2.2 装置39-40
• 2.3 中试方案设计40
• 2.4 试验方法40-41
• 3 结果与分析41-46
• 3.1 发酵装置选择41
• 3.2 实验效果41-45
• 3.3 沼气成分分析45-46
• 4 讨论与小结46-48
• 4.1 讨论46-47
• 4.2 小结47-48
• 第五章 兴望农牧沼电示范处理工程分析48-57
• 1 工程简介48-49
• 2 试验方法49-51
• 2.1 采样方法49
• 2.2 分析方法49-51
• 3. 运行结果51-56
• 3.1 废水处理效果51-54
• 3.2 沼气产气量54-56
• 4. 结果与讨论56-57
• 4.1 系统运行分析56
• 4.2 经济效益分析56-57
• 全文总结与展望57-59
• 1. 全文总结57
• 2. 本研究的展望57-58
• 3. 本研究的创新之处58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 读研期间发表论文情况一览表64

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