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水葫芦厌氧发酵的研究

2020-12-16阅读(669)

水葫芦厌氧发酵的研究

论文摘要

随着工农业生产的发展和人们生活水平的提高,环境的污染情况日益加重,尤其是水体的富营养化。将水葫芦用于水体修复及厌氧发酵制沼气是水葫芦资源化利用的有效途径。本文开展了对水葫芦厌氧发酵特性及CSTR发酵工艺的研究,为水葫芦的基础性研究和能源化利用提供合理的参考依据,主要研究内容如下:对水葫芦全株、茎叶、根进行中温批式厌氧发酵试验,研究水葫芦不同部位的产气潜力及厌氧生物转化率。结果表明:水葫芦茎叶产气效率最高,其原料的产气量为443.71ml/gTS和538.35ml/gVS,TS产气量分别比全株和根高15.16%和41.01%,VS产气量分别比全株和根高17.87%和42.25%。水葫芦茎叶生物转化率最高,达80.64%,其次为全株,为64.48%,根部最低为45.35%。为研究水葫芦生长水体氮磷浓度对水葫芦厌氧发酵的影响,本试验对生长在3种人工配制的不同氮磷浓度水体(富营养化湖河水、一级排放A、一级排放B)的水葫芦进行了中温批式厌氧消化产气比较。试验结果表明:水葫芦生长水体的氮磷浓度与水葫芦的产气量有明显的正相关性。水体氮磷浓度越高,其生长的水葫芦产气潜力越高,富营养化湖河水、一级排放A、一级排放B水体生长的水葫芦产气潜力分别为:326ml/gTS(378ml/gVS);375ml/gTS(430 ml/gVS) ;395 ml/gTS(455ml/gVS)。TS、VS、纤维素和半纤维素的降解率和生物转化率均有相同趋势。研究认为不同水体生长的水葫芦的营养特性不同造成水葫芦产气差异,其中木质素含量对水葫芦厌氧降解特征影响较大。对水葫芦与接种污泥的VS比例分别为1:0、1:0.5、1:1、1:1.5进行批式中温厌氧发酵,研究不同接种比例对水葫芦厌氧发酵的影响。结果表明:接种对厌氧发酵启动至关重要,不接种处理几乎无甲烷产生,但出现了脱氮反应,产生氮气的最高含量达90.55%。接种量越大,发酵启动越快,日产气高峰越早出现;至发酵结束,各接种处理产气量无明显差异。综合水葫芦的有效利用和容积产气率,VS比1:0.5为较合适的接种比例。在中温条件下,通过半连续进料的方式,有机负荷从0.5gVS/L.d逐步提高到2.8gVS/L.d,研究了水葫芦CSTR厌氧发酵工艺参数。结果表明,对水葫芦进行预酸化3d,可以提高反应器甲烷含量,增强反应器运行的稳定性。低转速的搅拌有利于发酵物料的混合及维持微生物的活性。而添加微量元素(Fe、Co、Ni)未能提高原料的产气量和甲烷含量;随着水葫芦有机负荷的提高,产气量及容积产气率也随之提高,而原料的产气量、VS降解率随之降低。最高容积产气率可达0.83 m~3/m~3.d。综合考虑水葫芦的原料产气率和容积产气率,以1.5gVS/L.d为最佳的进料负荷。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 文献综述
  • 1 有机物厌氧发酵的简述
  • 1.1 有机物厌氧发酵的基本理论
  • 1.2 厌氧发酵微生物
  • 1.3 厌氧发酵微生物之间的关系
  • 2 水葫芦的生物学特性及开发利用
  • 2.1 水葫芦的生物学特性
  • 2.2 水葫芦的开发利用
  • 3 水葫芦厌氧发酵研究现状
  • 3.1 水葫芦的养分含量和产气潜力
  • 3.2 水葫芦厌氧发酵主要影响因素
  • 3.3 水葫芦的预处理技术
  • 3.4 水葫芦厌氧发酵工艺
  • 4 论文立题依据和研究内容
  • 4.1 论文论题依据
  • 4.2 论文研究内容
  • 第二章 水葫芦不同部位厌氧发酵特性的研究
  • 1 材料与方法
  • 1.1 试验材料
  • 1.2 试验方法
  • 1.3 分析项目与测试方法
  • 1.4 数据分析
  • 2 结果与分析
  • 2.1 水葫芦不同部位的养分特征
  • 2.2 水葫芦不同部位产气过程及pH 值的变化
  • 2.3 水葫芦不同部位的产气量及生物转化率
  • 2.4 发酵前后物质组分的变化
  • 3 讨论
  • 4 小结
  • 第三章 不同氮磷浓度水体水葫芦产气的比较
  • 1 材料与方法
  • 1.1 发酵原料及接种物
  • 1.2 试验装置与处理
  • 1.3 分析项目及测试方法
  • 1.4 数据分析
  • 2 结果与分析
  • 2.1 不同氮磷浓度水体对水葫芦基本组分的影响
  • 2.2 水葫芦厌氧发酵产气过程比较
  • 2.3 水葫芦发酵过程中发酵液的理化特征
  • 2.4 水葫芦原料产气量及生物转化率比较
  • 2.5 发酵前后水葫芦各物质组分的变化
  • 3 讨论
  • 4 小结
  • 第四章 不同接种比例对水葫芦厌氧发酵产气的影响
  • 1 材料与方法
  • 1.1 试验材料
  • 1.2 试验装置与处理
  • 1.3 测试项目及方法
  • 1.4 数据分析
  • 2 结果与分析
  • 2.1 不同接种比例对厌氧发酵产气的影响
  • 2.2 水葫芦厌氧发酵过程中发酵液的理化特征
  • 2.3 原料产气量及物质组分的变化
  • 3 讨论
  • 4 小结
  • 第五章 水葫芦CSTR 发酵工艺研究
  • 1 水葫芦酸化实验
  • 1.1 材料与方法
  • 1.2 结果与分析
  • 1.3 小结
  • 2 水葫芦CSTR 发酵工艺
  • 2.1 材料与方法
  • 2.2 结果与分析
  • 2.3 讨论
  • 2.4 小结
  • 结论与展望
  • 1 结论
  • 2 创新点
  • 3 问题与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录 读研期间发表的论文情况

    • 相关论文文献

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