酱醋糟混合发酵工艺的研究及秸秆干发酵过程的优化

摘要

在全球气候变化的压力下，生物能源的发展受到越来越多的关注，而沼气发酵作为一种较成熟的生物质能转化方式，得到了极大的重视和快速的发展。文章从湿发酵和干发酵两个方面进行了厌氧发酵产气的实验研究。
　　酱糟、醋糟是我国食品酿造行业同时产生的废弃物，通过厌氧发酵不仅可以解决废糟处理问题又可获取能源。本实验在中温(35±1)℃的条件下，根据C/N比的不同，进行了酱糟∶醋糟干物质(TS)比分别为1∶0(N1)、1∶1.5(N2)、1∶3(N3)、1∶7(N4)、1∶18(N5)和0∶1(N6)的混合发酵实验。结果表明，单一酱渣的延滞期为17.46d，混合发酵明显缩短了其延滞期，为3.00～3.83d;混合发酵组(N2～N5)累计产甲烷量的实验结果比计算结果分别提高了1％、16％、14％和10％，其中N3组C/N比为25.7∶1，提高最为明显;各组发酵产生的沼气的甲烷体积分数在65％～70％之间;Gompertz模型拟合可以用于酱糟和醋糟混合发酵产甲烷的过程;酱、醋糟发酵的产酸类型以乙酸型发酵为主。
　　为了解决干发酵启动慢的问题，研究了三种接种物（厌氧污泥、沼液、牛粪）与秸秆干发酵在启动阶段的稳定性及启动效率。结果发现，牛粪是较好的接种物．以牛粪为接种物的反应器R3累计甲烷产量的容积产气率最高，并且在pH值及总挥发性脂肪酸的浓度等方面，R3系统表现比较稳定。FISH结果也表明R3渗滤液中含有一定数量的甲烷菌，同时以牛粪为接种物的秸秆的结晶度值最小，表明厌氧发酵较大程度的破坏了纤维素的结晶区。
　　在中温生物反应器内进行干发酵渗滤液回流的实验，分析比较了产气量，甲烷含量及氨氮、pH值、VFAs的浓度变化。结果表明，回流量为6400mL/d时产气量比回流量为3200mL/d和1600mL/d的分别提高了16％和59％。同时渗滤液的pH值相对稳定在6.6～7.2之间。通过VS降解率的比较进一步验证了R4产气率高的结果。同时对秸秆发酵前后的理化性质比较分析表明，回流量大的可以提高纤维素、半纤维素的降解率。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 酱醋糟特性简述

1．1．1 酱醋糟的产生和危害

1．1．2 酱醋糟的综合利用现状

1．2 干式厌氧发酵技术

1．2．1 干式厌氧发酵技术概括

1．2．2 干式厌氧发酵的机理

1．3 干式厌氧发酵技术的工艺条件

1．3．1 严格的厌氧环境

1．3．2 温度

1．3．3 pH值

1．3．4 碳氮比(C／N)

1．3．5 有机负荷

1．3．6 接种物

1．3．7 底物预处理

1．3．8 渗滤液回流

1．4 干式厌氧发酵的技术难点

1．5 干式厌氧发酵技术国内外发展现状

1．6 研究目的及意义

1．7 研究内容

1．7．1 酱糟与醋糟混合发酵产气潜力研究

1．7．2 不同接种物在干发酵启动阶段中的稳定性

1．7．3 不同回流量对干发酵的产气影响

第二章 实验仪器及分析检测方法

2．1 酱糟与醋糟混合发酵产沼气实验

2．1．1 实验仪器

2．1．2 测定指标与方法

第三章 酱糟与醋糟混合发酵产气潜力研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验条件

3．2．3 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同实验组日产气量分析

3．3．2 累计甲烷产量分析及其模型拟合

3．3．3 原料的VS降解率及产气潜力测试

3．3．4 VFAs在发酵前后的变化情况

3．4 本章小结

第四章 比较三种不同接种物与秸秆厌氧干发酵的启动效率

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验装置

4．2．3 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 驯化阶段产甲烷菌的富集

4．3．2 比较启动阶段三种接种物的产气率

4．3．3 启动阶段三个反应器的甲烷含量

4．3．4 启动阶段三个反应器的VFAs的浓度变化

4．3．5 FISH验证渗滤液中产甲烷菌的活性

4．3．6 XRD分析

4．3．7 厌氧发酵前后纤维素与半纤维素的降解率

4．4 本章小结

第五章 不同回流次数对秸秆厌氧干发酵的产气影响

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验条件

5．2．3 实验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 各组反应器的产气特性

5．3．2 各组反应器的产甲烷特性

5．3．3 不同回流次数下渗滤液中氨氮的变化

5．3．4 不同回流次数下渗滤液中pH值及VFAs的变化

5．3．5 不同回流次数下发酵前后秸秆的TS和VS去除率以及纤维素降解率

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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