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空心莲子草发酵产沼气的试验研究

关注热度:53   来源:新能源学术论文  作者:涂武
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【摘要】:本文尝试以微生物发酵产沼气及甲烷形成的生化机制为原理,以预处理后的空心莲子草为主要发酵原料,辅以产甲烷复合菌剂和少量接种淤泥,采用4因素3水平的正交试验方法,初步探究空心莲子草发酵产沼气的优化工艺条件以及最优工艺条件下沼气产气量、pH值、甲烷含量等多种发酵参数动态变化,并且初步探究在发酵温度、碳氮比和发酵容积都相同条件下,空心莲子草分别和猪粪、牛粪在不同质量配比处理下两者的沼气发酵特性,为空心莲子草在资源能源化利用上提供新的途径。试验结果显示: (1)以空心莲子草为原料发酵产沼气的最优参数工艺条件为:发酵温度为35℃,空心莲子草固体含量为30%,发酵罐内原料C/N为30:1,pH值为7.0。 (2)空心莲子草经过前期预处理后,前30天的累计产气量占总产气量的78.3%;空心莲子草原料TS产气率为376.2m1·kg-1,VS产气率为355.0m1·kg1;CH4含量在第45天达到61.9%,发酵料液pH值稳定在7.0-7.3之间;在同样的试验周期里,最优工艺组合的总产气量明显比对照组(1号组)高,表明以空心莲子草为原料发酵产沼气的优化工艺组合是一种可行的资源能源化利用技术。 (3)不同质量比空心莲子草与猪粪混合的3个处理组总产气量大小依次是处理Ⅲ处理Ⅱ处理Ⅰ。从处理空心莲子草这种恶性杂草的资源化利用角度讲,草与粪质量比为2:1时,空心莲子草处理量和沼气产量都高于其他两组:CH4含量对甲烷产量的影响强度依次是:处理Ⅲ处理Ⅱ处理Ⅰ,其中处理Ⅰ较另外两组处理的拟合度差。 (4)空心莲子草和牛粪在3种不同原料配比处理的累积产气量和每5天产气量从高到低依次是组3组2组1,且沼气中的CH4含量也是同样的顺序,但三者的CH4含量变化曲线都较接近;pH值的变化趋势基本相同,均符合厌氧消化正常pH值范围;3个处理组的拟合度较接近,能够用Cheynoweth方程反映不同发酵原料配比空心莲子草和牛粪混合发酵产甲烷的规律,但存在一定偏差。
【关键词】:空心莲子草 猪粪 牛粪 发酵 沼气
【学位授予单位】:湖北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S216.2
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 1 文献综述10-24
  • 1.1 研究背景10-12
  • 1.2 农作物秸秆能源化利用12-15
  • 1.2.1 秸秆气化利用技术12-13
  • 1.2.2 秸秆固化利用技术13
  • 1.2.3 秸秆乙醇燃料利用技术13
  • 1.2.4 秸秆发电利用技术13-14
  • 1.2.5 秸秆能源化利用中存在的问题14-15
  • 1.3 秸秆发酵产沼气技术15-20
  • 1.3.1 秸秆发酵制沼气概况15-16
  • 1.3.2 沼气微生物种类16-17
  • 1.3.3 沼气发酵的三个阶段17-18
  • 1.3.4 沼气微生物生态学关系18-20
  • 1.4 以空心莲子草为发酵原料产沼气可行性研究概况20-23
  • 1.4.1 空心莲子草的生长特性与理化特性20-21
  • 1.4.2 空心莲子草的综合防治21-22
  • 1.4.3 空心莲子草发酵产沼气可行性及其意义22-23
  • 1.5 课题研究的内容23-24
  • 2 材料与方法24-32
  • 2.1 试验材料24
  • 2.1.1 发酵原料24
  • 2.1.2 接种物24
  • 2.1.3 发酵菌剂24
  • 2.1.4 主要试验试剂24
  • 2.2 主要试验仪器24-25
  • 2.3 试验装置25
  • 2.4 试验方法与步骤25-29
  • 2.4.1 原料预处理25-26
  • 2.4.2 试验设计26-27
  • 2.4.3 试验步骤27-29
  • 2.5 空心莲子草发酵过程中关键指标的分析测试方法29-32
  • 2.5.1 总固体含量(TS)和总挥发固体含量(VS)的测定29
  • 2.5.2 总有机碳(TOC)含量的测定29
  • 2.5.3 总有机氮(TON)含量的测定29-30
  • 2.5.4 碳/氮(C/N)比计算方法30
  • 2.5.5 沼气产量的测定30-31
  • 2.5.6 甲烷浓度与产量的测定31
  • 2.5.7 二氧化碳(CO_2)浓度的测定31
  • 2.5.8 发酵料液pH值的测定31
  • 2.5.9 数据的统计分析31-32
  • 3 结果与分析32-49
  • 3.1 原料的预处理32-34
  • 3.1.1 空心莲子草预处理后外观形态变化32-33
  • 3.1.2 猪、牛粪堆沤后外观形态变化33-34
  • 3.2 空心莲子草发酵产沼气最佳工艺条件的确定34-38
  • 3.2.1 不同试验条件下的空心莲子草发酵产沼气的产气量和甲烷产量34
  • 3.2.2 试验结果的极差分析34-37
  • 3.2.3 试验结果的方差分析37-38
  • 3.3 最佳工艺条件下空心莲子草发酵产沼气过程中关键性指标的分析38-42
  • 3.3.1 TS、VS、产气率和累积产气量的变化38-39
  • 3.3.2 沼气中甲烷含量和二氧化碳浓度的变化39-40
  • 3.3.3 发酵温度和累积产气量随反应时间的变化40-41
  • 3.3.4 pH值的变化41-42
  • 3.4 空心莲子草和猪粪共发酵产沼气特性42-45
  • 3.4.1 不同质量比例空心莲子草与猪粪发酵产沼气情况比较42-43
  • 3.4.2 不同质量比例空心莲子草与猪粪发酵过程中pH值变化比较43-44
  • 3.4.3 不同质量比例空心莲子草与猪粪发酵过程中甲烷含量变化比较44-45
  • 3.5 空心莲子草和牛粪共发酵产沼气特性45-49
  • 3.5.1 不同发酵原料配比对沼气产量的影响45-46
  • 3.5.2 不同发酵原料配比发酵过程中pH值变化比较46-47
  • 3.5.3 不同发酵原料配比发酵过程中甲烷含量的变化47-49
  • 4 小结与讨论49-52
  • 4.1 小结49-50
  • 4.2 讨论50-51
  • 4.3 展望51-52
  • 参考文献52-57
  • 附录57-60
  • 致谢60


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关键词: 空心莲子草

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