玉米秸秆厌氧发酵法生产氢气和甲烷过程的参数优化

论文摘要

本文优化了玉米秸秆发酵生产氢气和甲烷的过程参数,主要研究内容如下：1.以20g/L的蔗糖为底物,考察了七种不同天然产氢菌源的发酵产氢性能,其中经110℃烘干预处理的金水河污泥产氢效果最佳,蔗糖的累积产氢量和最大氢气浓度分别为280ml/g-底物和47.9%；利用上述菌源,以0.3%盐酸预处理的玉米秸秆为底物（20g/L）,在10L反应器中,36±1℃条件下进行产氢实验,最大产氢量为64.3 ml/g-秸秆、最大产氢速率为18.8mlH2/（g·h）、最大氢气浓度为48.1%。2.研究了酸解条件对玉米秸秆产氢性能的影响,在121℃、固液比为1:10,硫酸浓度为1.5%、水解时间为60min条件下,玉米秸秆的产氢效果最好,累积产氢量为114.7ml/g-秸秆、最大氢气浓度为45.3%。3.在10L半连续流搅拌反应器中,优化了秸秆模拟废水发酵产氢的过程参数,在36±1℃、HRT=6 h、pH=4.5±0.2,产氢反应体系能够持续运行（403h）,最大的产氢速率,最大氢气浓度和最大产氢量分别为0.316LH2/（L·h）、62.1%和379.2]ml/g-substrate。4.从温度、初始pH、底物浓度、催腐剂用量等方面系统考察了催腐剂处理的玉米秸秆产甲烷性能,结果显示：在高温50±1℃、初始pH=8.0、催腐剂用量为0.075g/Kg-秸秆的条件下,批次实验中,底物浓度50g/L时,秸秆的产甲烷性能最好,累积甲烷产量、最大甲烷浓度、最大产甲烷速率分别为321.0ml/g-秸秆、78.2%、56.7ml/（g·d）；放大实验中,底物浓度150g/L的产甲烷性能最好,累积甲烷产量、最大甲烷浓度、最大产甲烷速率分别为204.9ml/g-秸秆、79.5%、24.1ml/（g·d）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 天然产氢菌源预处理方式对产氢效果的影响
• 1.3 纤维素类生物质的预处理
• 1.4 生物发酵制氢放大实验的研究现状
• 1.5 产甲烷的研究进展
• 1.6 本课题研究思路
• 第二章 不同天然菌源的产氢性能
• 2.1 实验材料及主要设备
• 2.1.1 产氢菌源
• 2.1.2 营养液
• 2.1.3 底物:蔗糖
• 2.1.4 主要实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菌源预处理方法
• 2.2.2 批次试验方法
• 2.2.3 累积产氢量的计算
• 2.2.4 产物的气相组分分析
• 2.2.5 产物的液相组分分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同菌源的产氢性能
• 2.4 酸解的玉米秸秆发酵产氢
• 2.4.1 实验材料和主要设备
• 2.4.2 实验方法
• 2.4.3 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 酸解条件对玉米秸秆产氢能力的影响
• 3.1 实验材料及主要设备
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 主要实验设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 玉米秸秆的酸解方法
• 3.2.1.1 酸解时间
• 3.2.1.2 稀酸的浓度
• 3.2.2 批次试验方法
• 3.2.3 生物气组成及其含量检测
• 3.2.4 液相末端产物组分分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 酸解时间对产氢性能的影响
• 3.3.2 硫酸浓度对产氢性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 秸秆模拟废水连续发酵产氢
• 4.1 实验材料及主要设备
• 4.1.1 产氢菌源及其驯化培养
• 4.1.2 主要实验设备
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 厌氧反应器实验方法
• 4.2.2 生物气组成及其含量检测
• 4.2.3 液相末端产物组分分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 催腐剂预处理的玉米秸秆发酵产甲烷
• 5.1 实验材料及主要设备
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 主要实验设备
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 批次实验方法
• 5.2.2 玉米秸秆产甲烷的放大实验
• 5.2.2.1 玉米秸秆预处理方法
• 5.2.2.2 小型放大实验方法
• 5.2.3 生物气组成及其含量检测
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 批次试验
• 5.3.1.1 反应温度的影响
• 5.3.1.2 初始pH的影响
• 5.3.1.3 催腐剂用量对玉米秸秆产甲烷的影响
• 5.3.1.4 底物浓度对玉米秸秆产甲烷的影响
• 5.3.2 玉米秸秆产甲烷小型放大实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历