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秸秆厌氧发酵产沼气及其结壳特性研究

作 者: 李幸芳
导 师: 刘圣勇
学 校: 河南农业大学
专 业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 玉米秸秆 厌氧发酵 正交 产气量 甲烷含量 结壳
分类号: S216.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


能源问题是人类实现可持续发展必须要面对的问题之一。随着现代社会赖以生存与发展的石油、煤等化石燃料的消耗量日益增加,同时这些不可再生能源正日渐枯竭,能源问题已成为制约社会未来发展的潜在危机,开发清洁可再生能源是解决能源危机、减少环境污染、走可持续发展道路的重要途径。特别是生物质能源的研究与开发自然而然成为当今世界的热点问题。微生物在生长繁殖过程中能分解有机质,并把贮存其中的能量转化为能源,这种可再生新能源的研究与开发,已经被人们广泛关注。秸秆沼气发酵能够杀死农作物秸秆中的病虫卵,发酵过后的沼液可作为有机肥料,也可用沼液喷施果树、蔬菜和农作物,同时还有抗病虫害、抗寒和增产的作用。沼渣是秸秆沼气厌氧发酵后剩余的半固体物质,其含有丰富的腐殖酸、有机质、氨基酸、氮、磷、钾等大量的微量元素;它可作为土壤改良剂,减少使用化肥带来的环境污染,促进生态农业建设。本论文是在国家公益性行业(农业)科研专项“沼气全面替代农户家庭商品用能的组合设备及技术研究”(项目编号:201303099)的资助下完成的。根据目前秸秆沼气厌氧发酵技术取得的进展和存在的问题,本文主要内容集中在对发酵影响较为显著的因素上,总固体浓度、接种量和发酵温度,对发酵阶段的工艺参数进行优化,并对得出的优化工艺条件进行分析,同时也对厌氧发酵过程的结壳特性进行试验研究,取得的主要成果主要有以下几个方面:(1)文章以玉米秸秆为原料,选取发酵温度、总固体浓度、接种量三个因素,采用三因素三水平的正交表进行实验。通过对产气量的极差和方差分析得到厌氧发酵的最优组合为:总固体浓度为6%,接种物的接种量为总发酵原料的25%,发酵温度为35℃。(2)选取三种不同粒度的玉米秸秆,在优化的厌氧发酵条件下进行实验,并对比分析各组实验的发酵潜力,结果表明当粉碎粒度为6-10mm时的发酵潜力最高。(3)分析三种粉碎粒度秸秆沼气日产气量的变化规律。(4)分析三种粒度的甲烷含量变化趋势,三种粒度的变化趋势较为相似,甲烷含量在发酵初期显著增加,达到一定值后有小幅度的下降,直至发酵结束,甲烷含量较为平稳,波动较小。其中粉碎粒度在6-10mm时达到三种粒径的最大甲烷含量,即在厌氧发酵的第20天,含量达到58.1%。(5)对三种不同粒径的悬浮结壳层厚度和强度进行对比分析,得出相同粒径、同一料液浓度下,结壳悬浮体的厚度越大,其所需破壳强度就越大;相同料液浓度、不同粒径的条件下,15-25mm粒径下其破壳强度最大,6-10mm次之,0.5-2mm粒径下其破壳强度最小。

全文目录


致谢  4-7
摘要  7-8
1. 文献综述  8-19
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 秸秆利用技术  9-10
  1.3 秸秆沼气发酵技术  10-14
    1.3.1 秸秆厌氧发酵产沼气原理  10-11
    1.3.2 影响秸秆沼气发酵工艺因素  11-14
  1.4 秸秆沼气发酵的国内外研究现状  14-16
    1.4.1 秸秆沼气发酵的国外研究现状  14-15
    1.4.2 秸秆沼气发酵的国内研究现状  15-16
  1.5 秸秆沼气发酵存在的问题  16-17
  1.6 课题研究的目的和主要内容  17-19
    1.6.1 课题研究的目的  17
    1.6.2 课题研究的主要内容  17-18
    1.6.3 课题研究的技术路线  18-19
2. 实验材料、仪器和方法  19-22
  2.1 实验材料  19
    2.1.1 发酵原料  19
    2.1.2 接种物  19
  2.2 实验仪器和装置  19-20
  2.3 测定指标及方法  20-22
    2.3.1 产气量与累积产气量测定  20
    2.3.2 PH 值测定  20-21
    2.3.3 TS、VS 测定  21
    2.3.4 化学需氧量 COD 测定  21
    2.3.5 甲烷含量测定  21-22
3. 玉米秸秆厌氧发酵产沼气的实验优化  22-28
  3.1 实验设计  22-24
    3.1.1 正交实验的目的  22
    3.1.2 正交实验因素及水平的确定  22
    3.1.3 正交表的选择  22-23
    3.1.4 实验方案的确定  23-24
  3.2 试验结果与分析  24-27
    3.2.1 不同厌氧发酵条件下玉米秸秆累积产气量  24
    3.2.2 正交实验的极差分析  24-26
    3.2.3 正交实验的方差分析  26-27
  3.3 本章小结  27-28
4. 不同粉碎粒度秸秆优化条件下厌氧发酵产沼气研究  28-36
  4.1 实验设计  28
  4.2 实验结果与分析  28-34
    4.2.1 沼气日产气量分析  28-29
    4.2.2 沼气累积产气量分析  29-30
    4.2.3 沼气中甲烷含量分析  30-31
    4.2.4 沼气日产气量和甲烷含量对比分析  31-33
    4.2.5 产气率分析  33-34
    4.2.6 不同粉碎粒度秸秆产沼气的经济性分析  34
  4.3 本章小结  34-36
5. 不同粒度秸秆厌氧发酵产沼气的结壳特性研究  36-41
  5.1 结壳形成原因  36-37
  5.2 实验内容  37-38
    5.2.1 实验内容及其评价指标  37
    5.2.2 实验步骤  37-38
  5.3 实验结果与分析  38-41
6 结论与建议  41-43
  6.1 结论  41
  6.2 建议  41-43
参考文献  43-48
ABSTRACT  48-49

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中图分类: > 农业科学 > 农业工程 > 农业动力、农村能源 > 生物能(生物质能)的应用 > 沼气
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