化学腐植酸沼气发酵研究

【摘要】：在农业、工业生产中会不可避免的产生一定量的有机废弃物,如果不能进行及时的排放和有效的处置,这部分有机废弃物将对环境造成严重破坏,并危及人类健康及社会可持续发展。如今,有机废弃物是能量载体已是全球学者的共识。如果该部分能量能够得到有效的回收利用,不仅解决了废弃物的处置问题还能减少对化石燃料的依赖以减少温室气体排放。基于此,本文提出“腐植酸化学转化法”,旨在将有机废弃物资源化、能源化。首先以玉米秸秆、黑液为原料验证其是否能合成“化学腐植酸类物质”,再对产生的化学腐植酸进行沼气发酵探究。秸秆部分是将玉米秸秆磨成20目秸秆粉或切成2 cm左右的小段分别浸泡在MgSO4、MgCl2和CaCl2的溶液中,一周后对其进行蒸煮。以腐植酸转化率和含量为指标,以浸泡液浓度、液固比和蒸煮温度为实验因素,设计试验,从而确定“化学腐植酸类物质”制取的最佳浸泡浓度、液固比和蒸煮温度。黑液部分,在一定的工艺条件下,以CO2为酸化剂,使造纸(草浆)黑液中的钠盐转变为碳酸钠(碳酸氢钠),其中的有机质则转变为腐植酸沉淀分离出来。然后将制成的腐植酸类化合物进行发酵,查看不同条件下的产气潜力,进一步优化发酵条件,将产气量最大的条件进行放大。主要结论如下：1以玉米秸秆为原料,通过化学转化法制取化学腐植酸是可行的。在单因素实验中,获得了以玉米秸秆为原料制取化学腐植酸的最佳反应条件：反应温度170～180℃,液固比3.5～3.75:1,浸泡液浓度350～450 g/L,反应时间在3-5 h。2以造纸黑液为原料,通过化学转化法制取化学腐植酸是可行的。对所取黑液进行分析,COD和Na+浓度分别为319594 mg/L、122 g/L,比重为1.33。中段污泥耦合处理方法优于草浆黑液腐植酸转化法,工艺条件为反应温度200℃,反应时间2.5～3.5 h,CO2需要量为0.35～0.4 mol/L：黑液),液固比介于2:1～2.5:1,所加污泥与秸秆粉的比例介于8:1-10:1。最终COD浓度下降至100000 mg/L以下,有机质沉淀率为70.3%以上,腐植酸含量为10%-20%。3对所制取的腐植酸类物质进行发酵前,要先对腐植酸类物质进行预处理,使之满足发酵条件。在合理控制反应器的发酵条件下,温度为38℃时发酵效果最好；向进水中加入钼、锌、锰、钴、镍、硼盐各0.5 mg/L,铜盐0.3 mg/L,可以明显提高产甲烷菌的活性,进而获得较高的产甲烷率；进水pH值调至7-7.5时所产沼气中甲烷量的值最大约为70%-75%。 【关键词】：玉米秸秆 黑液 化学腐植酸 沼气
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ920.6;S216.4
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 秸秆11-14
• 1.1.1 秸秆的主要成分11
• 1.1.2 秸秆的利用途径11-14
• 1.1.3 我国秸秆利用现状14
• 1.2 黑液14-18
• 1.2.1 黑液的组成14-15
• 1.2.2 黑液的性质15
• 1.2.3 黑液处理技术15-18
• 1.2.4 黑液热处理18
• 1.3 沼气发酵18-21
• 1.3.1 厌氧发酵理论18-19
• 1.3.2 沼气发酵原料的产气特性19
• 1.3.3 沼气发酵原料预处理19-20
• 1.3.4 发酵影响因素20-21
• 1.4 热处理技术21-23
• 1.4.1 热处理原理21
• 1.4.2 中温热处理21-22
• 1.4.3 高温热处理22
• 1.4.4 热化学处理22-23
• 1.4.5 热化学处理+厌氧消化23
• 1.5 课题的目的与内容23-25
• 1.5.1 课题的目的23-24
• 1.5.2 研究内容24-25
• 第2章 秸秆制取化学腐植酸的研究25-39
• 2.1 实验目的25
• 2.2 材料和装置25-27
• 2.2.1 实验材料25
• 2.2.2 主要仪器25-26
• 2.2.3 主要试剂26
• 2.2.4 实验装置26-27
• 2.3 MgSO_4制备腐植酸27-34
• 2.3.1 单因素条件的选择27-29
• 2.3.2 分析方法29-30
• 2.3.3 结果与讨论30-34
• 2.4 MgCl_2制备腐植酸34-35
• 2.4.1 MgCl_2制备腐植酸34
• 2.4.2 实验结果34-35
• 2.5 CaCl2制备腐植酸35-37
• 2.5.1 CaCl_2制备腐植酸35-36
• 2.5.2 实验结果36-37
• 2.6 本章小结37-39
• 第3章 草浆黑液腐植酸转化法实验研究39-47
• 3.1 实验目的39
• 3.2 材料和装置39-40
• 3.2.1 实验材料39
• 3.2.2 实验仪器39-40
• 3.2.3 主要试剂40
• 3.2.4 实验装置40
• 3.3 草浆黑液腐植酸转化法实验40-43
• 3.3.1 实验方法40-41
• 3.3.2 分析方法41-42
• 3.3.3 实验结果分析42-43
• 3.4 草浆黑液与中段污泥耦合处理实验研究43-45
• 3.4.1 实验材料与方法43-44
• 3.4.2 分析方法44
• 3.4.3 实验结果分析44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 化学腐植酸发酵产沼气的研究47-57
• 4.1 材料和装置47-49
• 4.1.1 实验材料47
• 4.1.2 检测设备与检测指标47-48
• 4.1.3 实验装置48-49
• 4.1.4 发酵液的配置49
• 4.2 实验内容49-50
• 4.2.1 反应温度对实验的影响49
• 4.2.2 微量元素对实验的影响49-50
• 4.2.3 进水pH对实验的影响50
• 4.3 实验结果及分析50-54
• 4.3.1 反应温度对实验的影响50-51
• 4.3.2 微量元素对所产沼气中甲烷量的影响51-53
• 4.3.3 进水pH对所产沼气中甲烷量的影响53-54
• 4.4 本章小结54-57
• 第5章 全文总结57-59
• 5.1 全文总结57
• 5.2 论文创新处57-58
• 5.3 需进一步研究和改进的问题58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-65
• 在学期间主要科研成果65-66
• 发表学术论文65-66
• 附件66

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