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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。
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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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