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种植业有机废弃物厌氧发酵产气特性及动态工艺学研究

作　者: 白娜
导　师: 梅自力
学　校: 中国农业科学院
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 有机废弃物厌氧发酵产气特性动态工艺学
分类号: S216.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 64次
引　用: 2次
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内容摘要

目前,种植业有机废弃物厌氧发酵过程中原料转化率低、发酵周期长、预处理过程繁琐、进出料难等问题尚未完全解决。本文以种植业有机废弃物中农作物秸秆为原料,在不添加任何物质的前提下,进行纯秸秆发酵,研究不同发酵工艺参数对厌氧发酵的影响,并利用分子生物学手段,初步对发酵过程微生物群落结构进行了分析研究;在优化工艺参数下,进行了动态工艺学的初步研究;首次对茶渣、醋糟和牧草等种植业有机废弃物进行厌氧发酵可行性研究。主要结论如下:（1）对农作物秸秆中油菜秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆进行纯秸秆发酵,发现原料仅经简单粉碎处理,即可作为良好的发酵底物。对纯秸秆发酵进行工艺参数研究可知,就原料种类而言,玉米秸秆的发酵潜力最高,其次是小麦秸秆,最后是油菜秸秆。就接种量而言,随着接种量的增加,产气量逐渐增加,但二者之间并不成线性关系。接种量从30%增加到35%,产气量增加了41%;接种量由35%增加到40%,产气量只增加了4%。故推荐静态发酵试验中应用接种量为35%。就发酵温度而言,比较不同温度下,秸秆发酵发酵情况可知,常温发酵单位TS产气率不高,约为0.2 L·g^-1和0.3 L·g^-1;中高温时产气相差不大,从经济效益考虑,推荐采用35℃以上的发酵温度,30天的滞留期。（2）采用分子生物学方法对发酵过程中的菌种进行了分析研究。经初步证明不同温度条件下,厌氧发酵对菌种产生了特异性影响:45℃下发酵菌种中,高温厌氧发酵微生物占主导地位,中温微生物占从属地位。（3）茶渣、醋糟和牧草均能作为原料进行厌氧发酵产沼气,单位TS产气率分别为0.47L·g^-1,0.41L·g^-1和0.30L·g^-1。（4）试验中发现,粉碎粒度不同,原料在厌氧发酵罐中的分布形态不同。当粉碎粒度为10mm时,原料发生分层现象;当原料的粒度达到1.7mm时,原料能与发酵液充分混合,形成较为均匀的发酵介质。粉碎粒度对出料的影响,正在动态发酵试验中验证。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章引言  10-27
  1.1 研究背景  10
  1.2 种植业有机废弃物定义  10-11
  1.3 农作物秸秆利用的研究进展  11-14
  1.4 其他种植业有机废弃物利用的研究进展  14-16
    1.4.1 茶渣利用研究进展  14-15
    1.4.2 醋糟利用研究进展  15-16
  1.5 种植业有机废弃物厌氧发酵技术研究进展  16-23
    1.5.1 厌氧发酵的反应机理  16-18
    1.5.2 原料种类研究进展  18
    1.5.3 原料预处理研究进展  18-19
    1.5.4 接种物选择研究进展  19-20
    1.5.5 发酵过程控制研究进展  20-23
    1.5.6 存在问题  23
  1.6 种植业有机废弃物厌氧沼气发酵应用现状  23-25
    1.6.1 厌氧发酵技术的历史和现状  23-24
    1.6.2 大规模厌氧沼气发酵应用现状  24-25
    1.6.3 存在问题  25
  1.7 研究目的、意义和内容  25-27
    1.7.1 研究目的和意义  25-26
    1.7.2 研究内容  26-27
第二章纯秸秆厌氧发酵工艺学研究  27-52
  2.1 试验概述  27
  2.2 试验材料、装置与方法  27-33
    2.2.1 试验材料  27-28
    2.2.2 试验仪器  28-29
    2.2.3 试验装置  29-30
    2.2.4 试验方案  30-31
    2.2.5 试验参数的确定  31
    2.2.6 测试项目与方法  31-32
    2.2.7 试验步骤与运行  32-33
  2.3 结果与讨论  33-51
    2.3.1 纯秸秆厌氧发酵可行性分析  33
    2.3.2 接种量试验  33-37
    2.3.3 三种秸秆在不同温度下发酵产气特性研究  37-46
    2.3.4 微生物菌群结构分析  46-51
  2.4 本章小结  51-52
第三章茶渣、醋糟与牧草沼气发酵潜力研究  52-65
  3.1 试验概述  52
  3.2 试验材料、装置与方法  52-56
    3.2.1 试验材料  52-53
    3.2.2 试验仪器  53
    3.2.3 试验装置  53-54
    3.2.4 试验方案  54-55
    3.2.5 试验参数的确定  55
    3.2.6 分析测试项目  55-56
    3.2.7 试验步骤与运行  56
  3.3 试验结果与讨论  56-64
    3.3.1 厌氧发酵可行性分析  56-57
    3.3.2 产气情况分析  57-59
    3.3.3 发酵前后料液的成分分析  59-60
    3.3.4 茶渣直接燃烧与发酵产沼气分析  60
    3.3.5 发酵过程中料液分布现象研究  60-62
    3.3.6 不同粒径稻草厌氧发酵试验  62-64
  3.4 本章小结  64-65
第四章纯秸秆厌氧发酵经济效益分析  65-70
  4.1 研究概述  65
  4.2 农作物秸秆的主要种类和产量  65-66
  4.3 农作物秸秆的主要成分  66-67
  4.4 农作物秸秆的燃烧值  67-68
  4.5 农作物秸秆发酵产沼气燃烧值  68-69
  4.6 农作物秸秆直接燃烧热值和制沼气热值比较  69-70
第五章纯秸秆动态工艺学研究  70-77
  5.1 试验概述  70
  5.2 试验材料、装置与方法  70-73
    5.2.1 试验材料  70-71
    5.2.2 试验装置  71-72
    5.2.3 试验方案  72
    5.2.4 试验参数的确定  72-73
    5.2.5 测试项目与方法  73
    5.2.6 试验步骤与运行  73
  5.3 结果与讨论  73-77
    5.3.1 纯秸秆动态发酵理论分析  73-74
    5.3.2 动态发酵运行参数分析  74-75
    5.3.3 发酵罐出现问题及建议  75-76
    5.3.4 本章小结  76-77
第六章结论及建议  77-79
  6.1 结论  77-78
  6.2 建议  78-79
参考文献  79-85
致谢  85-86
作者简历  86

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