户用沼气池秸秆干发酵技术研究

论文摘要

我国秸秆资源丰富,各类秸秆产生量每年已达到7亿t,这其中42%直接或过腹还田,30%作为农用燃料,8%作为工业或其他用途,另外20%约1.2亿吨剩余未被利用,而被就地焚烧或遗弃,造成了环境污染与资源浪费,因此,急待开发农作物秸秆的综合利用技术。利用秸秆作底物,开发产沼气化技术,一方面可利用微生物发酵将其转化为优质燃料,以缓解我国的能源供需压力;另一方面既解决了农村沼气池原料不足的问题,有利于沼气技术的推广,也调整了农村能源结构,改善了家居卫生条件,提高了农村健康水平,因此,秸秆厌氧发酵能源化技术是秸秆利用的一条重要途径。本课题,采用L9（33）正交试验法,研究了秸秆干发酵快速启动技术、添加微量元素对秸秆产气影响,依据秸秆干式厌氧发酵特点,自行设计了户用型沼气发酵装置,并应用该装置进行了秸秆干式发酵的中试试验,同时,还对一大型沼气工程运行情况进行监测。研究结果表明:在35℃,总固体浓度（TS）为25%,C/N比为25左右,pH值中性条件下,最佳快速启动条件是:稻草堆腐六天;粪草比（原料质量比）为1:1.86;接种量为40%（占原料重）。微量元素Ni、Co能够显著影响干发酵的日产气量,当Ni、Co加入量各为2μmol/L时,前10天的累积产气量较高,高于空白对照约50%。在上述优化结果的基础上,研究了发酵前期过程的产酸特征,结果表明:在秸秆干发酵正常启动阶段,发酵液中的有机酸以乙酸和丙酸为主。开始时乙酸含量较高,达4000 mg·L-1,随后逐渐降低,发酵到14天时降至1000 mg·L-1以下,维持在500 mg·L-1左右,这说明乙酸易被分解利用;而丙酸含量呈先升高后降低的趋势,从约2000 mg·L-1逐渐升高,14天时达到最高值4000 mg·L-1,而后又逐渐降低至2000 mg·L-1左右,这可能与丙酸的代谢途径有关。从中试试验结果看,以秸秆为主要原料的干发酵,在常温条件下可持续3～6个月,平均日容积产气率为0.08 m3/m3·d,最高日容积产气率为0.23 m3/m3·d;产气量低主要由于日温差超过10℃,微生物活动受到抑制;如能增加保温措施,提高发酵温度,加大接种量,可提高日容积产气率。因此,在户用沼气池中以秸秆为主要原料的干发酵是可行的,但仍有许多问题有待进一步解决。对宜兴市兴望农牧沼电示范工程采样分析了1个月运行数据,该工程采用以猪粪尿为发酵原料的高效厌氧反应器UBF工艺,工程运行结果表明:CODCr去除率平均大于85%,BOD5去除率在93.1%以上;进水中的TN为730～1550 mg·L-1,出水（沼液）在502～620 mg·L-1之间;进水中的TP含量为87～197 mg·L-1,出水（沼液）在53～98mg·L-1之间;月产沼气约7500 m3,日容积产气率平均为0.25m3/m3·d,系统运行稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 秸秆综合利用技术进展
• 1.1 秸秆养畜，过腹还田
• 1.2 秸秆作为有机肥还田利用
• 1.3 秸秆种菇及作其他工业原料
• 1.4 秸秆作为农村沼气制取原料利用
• 2 厌氧发酵产沼气能源技术
• 2.1 沼气能源
• 2.2 沼气发酵原理
• 2.3 沼气发酵类型
• 3 沼气发酵干发酵技术
• 3.1 沼气发酵干发酵技术特点
• 3.2 沼气发酵干发酵技术研究进展
• 4 沼气池与沼气工程
• 5 本研究目的和意义
• 5.1 目的和意义
• 5.2 技术路线
• 第二章 秸秆干发酵快速启动研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 试验方法
• 1.3 实验装置与处理
• 1.4 测试项目与方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 原料堆腐对产气的影响
• 2.2 接种量对产气的影响
• 2.3 粪草比对产气的影响
• 2.4 微量元素Ni、Co对产气量的影响
• 第三章 产酸特征研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 试验方法
• 1.3 方案设计
• 1.4 测试项目与方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 不同处理发酵前后对物料性状的影响
• 2.2 不同处理日均产气量和累积产气量比较
• 2.3 不同处理发酵过程中乙醇和VFA组分变化比较
• 2.4 不同处理发酵液的pH变化
• 3 小结
• 第四章 秸秆干发酵中试试验
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.2 装置
• 2.3 中试方案设计
• 2.4 试验方法
• 3 结果与分析
• 3.1 发酵装置选择
• 3.2 实验效果
• 3.3 沼气成分分析
• 4 讨论与小结
• 4.1 讨论
• 4.2 小结
• 第五章 兴望农牧沼电示范处理工程分析
• 1 工程简介
• 2 试验方法
• 2.1 采样方法
• 2.2 分析方法
• 3. 运行结果
• 3.1 废水处理效果
• 3.2 沼气产气量
• 4. 结果与讨论
• 4.1 系统运行分析
• 4.2 经济效益分析
• 全文总结与展望
• 1. 全文总结
• 2. 本研究的展望
• 3. 本研究的创新之处
• 参考文献
• 致谢
• 读研期间发表论文情况一览表