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《兰州交通大学》 2012年
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农村混合物斜干式厌氧发酵生物质能源转化的特性研究

方少辉  
【摘要】:我国农村每年产生的农业有机固体废弃物种类多、数量大,常见的农村的有机固体废弃物包括禽畜粪便、果蔬垃圾以及农作物秸秆等。干式厌氧发酵技术有效地利用了这些固体废弃物,并生产沼气,满足了农户对燃料能源的需求,生产出的沼渣作为有机肥可供农户使用,在一定程度上改善了农村卫生状况。 本研究以这三种物质为原料进行沼气干式厌氧发酵,综合前人的研究结果,分别进行了温度、接种量和总固体物质含量(TS)三因素三水平的小试正交试验,以及混合物料常规指标和光谱特性的中试研究。具体研究内容为以下几个方面: (1)以温度(26℃、38℃、50℃)、接种量(10%、20%、30%)、TS(20%、25%、30%)为三种影响因素,采用L9(34)三因素三水平的正交设计,研究干式厌氧发酵的产气效率,分析三种因素的影响大小和最优发酵参数,建立三因素线性回归模型,为干式厌氧发酵试验启动、反应条件设定提供有效的参考依据。 (2)干式厌氧发酵全过程中的pH、产气量、化学需氧量(COD)、溶解性有机碳(DOC)和氨氮(NH4+-N)变化规律的研究。以混合物料配比(禽畜粪便、果蔬垃圾、秸秆三种物料比为4:1:1和4:2:0)、TS含量(25%和35%),接种量(30%和50%)三因素,按照L4(23)均匀正交法进行试验,主要分析了发酵过程中的pH、日产气量、发酵液有机质组分COD、发酵物料有机组分DOC以及反应抑制指标NH4+-N等的变化,讨论了三种因素对产气量的影响大小 (3)分析了四组中最优处理组的光谱特性的变化情况。分析了混合物料在干式厌氧发酵过程中溶解性有机物质(DOM)的荧光光谱、紫外光谱及红外光谱,以从发酵物料的内部结构的变化探索干式厌氧发酵过程中有机质的变化规律。 通过以上实验研究,得出了以下主要实验结论: (1)小试正交试验中影响产气量的因素影响大小顺序为:温度接种量TS。高温(50℃)发酵时的产气量增幅明显,产气质量较好,原料利用率高;接种量10%-20%产气量增幅更为明显;TS为25%时的产气量大。 (2)通过正交试验分析,得出了发酵原料为1.65kg时的累计产气量对三因素的三元线性回归方程y=0.298+1.660x1+123.700x2-90.500x3,其中温度x1∈[26,50],接种量x2∈[10%,30%],TS x3∈[20%,30%]。 (3)物料在干式厌氧发酵过程中的pH变化大体呈“先降后升,最后趋于稳定”型变化趋势,变化趋势符合三阶段理论。DOC和COD的含量在初期阶段由于淋溶作用分别呈下降和上升的负相关变化,NH4+-N的变化与累积产气量的变化趋势一致。 (4)在反应运行的初期,发酵液中类蛋白物质的荧光峰强度增大,蛋白质大量生成;而产甲烷阶段,简单有机物逐渐增多,类蛋白物质的荧光吸收强度逐渐减弱,蛋白质类的物质逐渐被消耗,不饱和键的荧光强度也逐渐减弱;紫外光谱分析表明反应初期280nm附近出现的不饱和共轭双键结构增加,后期的吸光度略微减弱,发酵原料中的芳香度和不饱和度有少量的增加;红外光谱分析结果表明,堆沤预处理使聚糖脱聚成单糖等低分子糖类,纤维素结晶度降低,蛋白质逐渐增多,厌氧发酵过程主要是使单糖降解为产甲烷底物,脂肪和蛋白质等有机物质则剧烈降解。
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X703

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【参考文献】
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