水葫芦厌氧发酵工艺的比较研究

论文摘要

20世纪90年代以来,水葫芦的大量繁殖,引起了一系列的生态、环境和社会问题。我们总结和比较了国内外水葫芦厌氧发酵工艺。由于水葫芦含水率高,单相发酵存在体积膨胀,工艺存在着池容大、出料不便、易结壳、沼渣综合利用困难等问题。两相发酵存在消耗大量的水,氨氮、总磷能否达到排放标准未加以考虑等问题。本文针对上面存在的问题。以水葫芦为原料,进行了一系列的厌氧消化实验,主要包括：1、水葫芦产气潜力的实验,鲜、干水葫芦分别与猪粪结合发酵的实验,结果表明：水葫芦产沼气潜力为634mL/gTS或834mL/gVS。鲜水葫芦与猪粪结合进行半连续发酵在第五周后达到稳定值,最佳进料浓度为60gTS/L,最佳HRT控制在40d；在该条件下,常温进行试验性半连续发酵,沼气产量达到432mL/gTS,甲烷含量为56%,而干水葫芦与猪粪结合发酵的沼气产量为394mL/gTS,甲烷含量为52%。2、水葫芦固液分离后,渣与猪粪进行高浓度批量发酵及干发酵实验,结果表明：渣与猪粪结合的原料产气率为504 mL/gTS,甲烷含量65%,半纤维素、纤维素降低,木质素升高。渣进行（TS=20%、TS=25%、TS=30%）干发酵,TS=20%的干发酵产气率最好,原料产气率为385 mL/gTS,半纤维素、纤维素降低,木质素升高。将发酵后的水葫芦进行脱水就可以考虑做成优质的有机肥料。3、汁液在中温下进行二级和五级半连续厌氧消化,二级厌氧消化优于五级,其产气量为2.2mL/g,二级消化后的液体,经兼性厌氧消化后COD750 mg/L,总磷10.13 mg/L,氨氮56mg/L。通过化学处理和曝气处理,化学处理后氨氮22.4mg/L、总磷0.98 mg/L、COD 182mg/L,色度为30,但pH值为12.16,加废酸处理到中性后液体能达到国家城镇污水处理厂污染物排放二级标准（GB 18918-2002）。曝气处理后,COD460mg/L、氨氮21.6mg/L、总磷1.43mg/L,液体能达到国家城镇污水处理厂污染物排放三级标准。4、水葫芦单相发酵及发酵后固液分离研究实验,结果表明：产气率565mL/gTS,分离的固体可以考虑制备成有机肥料,分离的汁液通过曝气处理,出水检验COD390mg/L,氨氮20.9mg/L,总磷1.25 mg/L,直接能达到城镇污水处理厂污染物排放三级标准。本文比较了各种厌氧消化工艺,水葫芦固液分离干发酵的方案比较适合实际,汁液进行二级消化后,曝气处理。该种方案优于传统的单相和两相发酵。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 水葫芦的介绍
• 1.1.2 水葫芦的危害
• 1.1.3 水葫芦的治理
• 1.1.4 水葫芦的综合利用
• 1.2 水葫芦的厌氧消化基础及国内外研究现状
• 1.2.1 水葫芦厌氧消化基础
• 1.2.2 厌氧消化主要影响因素
• 1.2.4 国内外水葫芦发酵研究现状
• 1.3 国内外学者就水葫芦制能厌氧工艺的比较
• 1.3.1 国内外学者就水葫芦制能厌氧工艺的比较
• 1.3.2 比较各自优缺点
• 1.4 本研究的意义及主要内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 研究内容
• 1.4.4 测试项目及方法
• 第2章 水葫芦发酵产气潜力及与猪粪结合发酵的研究
• 2.1 水葫芦发酵产气潜力的研究
• 2.1.1 发酵原料
• 2.1.2 接种物
• 2.1.3 实验装置
• 2.1.4 实验设计与发酵料液配比
• 2.1.5 结果与分析
• 2.1.6 小结
• 2.2 水葫芦与猪粪半连续发酵产气的研究
• 2.2.1 发酵原料
• 2.2.2 实验装置
• 2.2.3 进料浓度配制
• 2.2.4 结果与分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 水葫芦固液分离及其沼气发酵的研究
• 3.1 分离后的水葫芦渣与猪粪结合发酵
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 发酵原料配制方法
• 3.1.3 结果与分析
• 3.1.4 小结
• 3.2 水葫芦渣进行批量干发酵
• 3.2.1 干发酵
• 3.2.2 各浓度发酵原料的配制
• 3.2.3 实验结果与分析
• 3.2.4 各浓度干发酵产气及含量情况与时间关系
• 3.2.5 干发酵后的水葫芦成分分析
• 3.2.6 小结
• 3.3 干发酵后的接种物继续批量干发酵的研究
• 3.3.1 继续发酵原料的配制与实验装置
• 3.3.2 实验结果与分析
• 3.3.3 接种物连续批量干发酵后水葫芦成分分析
• 3.3.4 小结
• 3.4 本章小结
• 第4章 水葫芦汁液的发酵的研究
• 4.1 水葫芦的常温批量发酵
• 4.1.1 发酵原料配制方法及装置
• 4.1.2 结果与分析
• 4.1.3 小结
• 4.2 水葫芦汁液的中温批量发酵实验
• 4.2.1 发酵原料配制方法及装置
• 4.2.2 结果与分析
• 4.2.3 小结
• 4.3 水葫芦汁液的半连续中温发酵实验
• 4.3.1 发酵装置与进出料方法
• 4.3.2 实验结果与分析
• 4.3.3 小结
• 4.4 水葫芦的二级和五级半连续中温发酵实验
• 4.4.1 高浓度污水消化流程
• 4.4.2 污水消化机理
• 4.4.3 水葫芦汁液处理工艺
• 4.4.4 实验结果与分析
• 4.4.5 小结
• 4.5 发酵后的汁液分析
• 4.5.1 发酵后的汁液分析
• 4.5.2 兼性好氧后水葫芦汁液指标
• 4.5.3 化学处理方法
• 4.5.4 生物处理方法
• 4.5.5 小结
• 4.6 本章结论
• 第5章 水葫芦单相发酵及发酵后固液分离研究
• 5.1 水葫芦单相发酵
• 5.1.1 发酵原料
• 5.1.2 接种物
• 5.1.3 实验设计与发酵料液配制
• 5.1.4 实验装置
• 5.1.5 实验结果与分析
• 5.1.6 小结
• 5.2 发酵后进行固液分离的研究
• 5.2.1 发酵后进行固液分离的研究
• 5.2.2 生物方法
• 5.2.4 小结
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文和研究成果