农村废弃有机生物质高效产沼技术研究

摘要

我国现阶段面临着经济增长和环境保护的双重压力，全国组织开展较大规模的社会主义新农村建设，以农村为突破点，寻求新能源开发和环境可持续改善的有效措施。利用秸秆等农村废弃生物质产沼气既能在农村地区开拓新的能源途径以缓解能源供需矛盾，又能解决秸秆野烧产生的空气污染问题，除此之外，沼气作为可再生能源，具有成本低廉、热值高、对环境污染小等优点。本文主要包括以提高产沼率为目的的秸秆沼液预处理和秸秆水解产酸过程的研究，主要的研究内容和结论如下:
　　研究了不同条件下的沼液预处理对秸秆的组成以及预处理后秸秆产气性能的影响，结果表明:秸秆经过沼液预处理后其产气效果明显提高。实验选择影响沼液预处理过程的4个影响因素:预处理时间、含水率、温度和粒径，实验结果表明:秸秆的木质素和纤维素的降解率随着时间延长而增大;预处理过程中含水率小于60％或者大于80％都不利于产气;温度在40℃以上时多数微生物活性下降，纤维素和半纤维素的降解量减少;秸秆粉碎程度越大，颗粒越小，木质素、纤维素和半纤维素等“三素”的降解越明显;最后通过单因素实验的实验结果找出实验水平并设计正交实验选取出沼液预处理的优化条件为:预处理时间3d、含水率70％、温度40℃和粒径5-10mm，该条件下单位gTS秸秆产气量最高达到262.34ml，与未做预处理的秸秆相比增加了62.82％。并且对选取的4种因素做显著分析，结果表明:预处理温度和时间对产气量的影响显著，而预处理过程中的含水率对秸秆产气影响不大;预处理温度对秸秆木质素的去除影响显著，含水率和预处理时间对其影响没有温度明显;预处理温度、时间和粒径对纤维素的降解都有显著影响。实验最终结果表明秸秆的产气量不仅与预处理后剩余的纤维素有关，还与过程中木质素的降解量有关。
　　本文还研究了沼液中的有机酸、微生物在预处理过程中的作用，同时比较了高浓度沼液和低浓度沼液的预处理效果，研究表明:沼液中的微生物在沼液预处理的过程中起关键性作用，相对于木质素总降解量，其贡献率为72.60％，秸秆有机组分的降解主要由微生物代谢作用引起的，单独的乙酸溶液对秸秆的破坏不明显，没有很好的降解性，对木质素降解只有3.52％。沼液浓度的高低对秸秆的预处理具有影响，高浓度的沼液对“三素”的降解较为明显。
　　研宄了秸秆的底物负荷以及外循环流量对秸秆产酸性能的影响，研究表明:秸秆在产酸过程中有机酸的溶出速率在低负荷条件下随着负荷增大而增大，在高负荷下由于较密的压实度和较大的填充量，秸秆溶出效率低于低负荷状态下的溶出速率，研究发现在100g/L负荷下，秸秆溶出S-COD最高为7808mg/L;但VFA每天的溶出量在负荷为50g/L时，效果最佳，其单位秸秆的溶出的VFA量最大为80.23mg。研究发现在产酸系统外部添加循环设施，有机物的溶出总量是随着外循环的流量增大而减小的，因此在工程应用中应降低产酸相的自回流量或者不采用自回流方式，以减缓有机物在产酸相中的消耗。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 农作物秸秆的利用现状

1．2．1 秸秆还田

1．2．2 秸秆能源化

1．2．3 秸秆饲料

1．2．4 秸秆工业化利用

1．3 秸秆的组成与结构

1．4 国内外预处理技术研究现状

1．4．1 物理法预处理

1．4．2 化学法预处理

1．4．3 生物法预处理

1．4．4 混合预处理

1．5 本课题研究的内容和技术路线

1．5．1 课题介绍

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第二章 实验材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验主要仪器

2．3 实验分析方法

2．4 实验装置

第三章 秸秆生物预处理的影响因素研究

3．1 沼液预处理法的单因素研究

3．1．1 实验设计

3．1．2 实验结果分析

3．2 沼液预处理法的多因素综合研究

3．2．1 实验设计

3．2．2 实验结果分析

3．3 本章小结

第四章 沼液中的组成对秸秆预处理影响研究

4．1 沼液的制取

4．2 沼液中微生物的预处理效用

4．2．1 实验设计

4．2．2 实验结果与分析

4．3 有机酸对秸秆预处理的效用

4．3．1 实验设计

4．3．2 实验结果与分析

4．4 本章小结

第五章 两相厌氧发酵产酸性能研究

5．1 底物负荷对产酸相的影响

5．1．1 实验设计

5．1．2 实验结果与分析

5．2 回流冲刷对产酸相的影响

5．2．1 实验设计

5．2．2 实验结果与分析

5．3 本章小结

第六章 研究结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

致谢

参考文献

在校期间发表论文