湖泊滩涂及市政典型废弃物发酵联产氢气和甲烷研究

摘要

为了缓解化石能源日益短缺和环境污染严重的问题矛盾，发展可再生能源是实现可持续发展的必然要求。利用生物质废弃物制备清洁可再生的生物燃气是目前国内外的研究热点之一。本文重点研究了太湖蓝藻、滩涂大米草、以及市政典型废弃物发酵联产氢气和甲烷特性，对于推动节能减排和循环经济具有重要意义。
　　为了治理太湖蓝藻造成的环境污染并对生物质进行能源化利用，本文剖析了水解预处理过程中细胞形态结构的动态变化，对暗发酵产氢菌进行酸驯化提高产氢能力，通过暗发酵和光发酵耦合产氢、以及联产甲烷提高了能量转化效率。SEM和TEM表明:微波稀酸内外均匀加热使太湖蓝藻破碎成相对均匀的单细胞碎片(＜5μm)，而蒸汽稀酸自外向内加热使蓝藻破碎成团聚细胞碎片（10μm左右），从而使微波稀酸对蓝藻细胞的水解处理比蒸汽稀酸更加完全。暗发酵产氢菌利用乙酸和丁酸进行驯化提高了产氢能力，使微波稀酸预处理后的暗光耦合产氢量达到最大值283.41ml/g-TVS。经过蒸汽稀酸预处理的蓝藻生物质通过暗光耦合发酵产氢(256.74ml/g-TVS)以及联产甲烷(253.53ml/g-TVS)，使蓝藻生物质的能量转化效率达到47.04％。
　　研究了滩涂大米草的不同水解预处理效果，发现蒸汽稀酸预处理后加入纤维素酶明显促进了大米草的水解糖化。大米草生物质的暗发酵产氢量达到135.9mL/g，联产甲烷量达到276.06mL/g，通过联产氢气和甲烷使能量转化效率显著提高到76.73％。
　　研究了市政典型废弃物（餐厨垃圾，污水污泥，药厂废渣，食品厂污泥等）发酵联产氢气和甲烷特性，得到餐厨垃圾能够联产氢气73.64mL/g-TVS和甲烷139.24mL/g-TVS，水务污泥能够联产氢气63.95mL/g-TVS和甲烷96.9mL/g-TVS。因为废弃物发酵产氢明显促进了大分子水解，故利用废弃物产氢尾液联产甲烷的速度大大快于废弃物直接单产甲烷，联产甲烷的速率峰值时间比单产甲烷的速率峰值时间减少50％以上，并且联产氢气和甲烷的能量转化效率比单产甲烷的能源转化效率提高10％左右。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 本课题研究意义

1．3 废弃物发酵联产氢气和甲烷的国内外现状

1．4 本文研究目的以及主要内容

第2章 实验装置和方法

2．1 实验原理

2．2 实验材料

2．2．1 细菌

2．2．2 发酵原料

2．3 实验仪器设备

2．3．1 生物质成分检测分析

2．3．2 生物质预处理设备

2．3．3 发酵过程设备

2．3．4 发酵产物分析仪器

2．4 实验方法

2．4．1 暗发酵细菌酸驯化

2．4．2 原料预处理

2．4．3 发酵过程

2．5 本章小结

第3章 太湖蓝藻发酵联产氢气和甲烷研究

3．1 太湖蓝藻生物质水解

3．2 微波稀酸与蒸汽稀酸预处理蓝藻的微观理化结构

3．3 蓝藻预处理及细菌驯化后暗发酵产氢

3．4 暗发酵尾液进行光发酵产氢

3．5 光发酵尾液联产甲烷

3．6 能量转化效率

3．7 本章小结

第4章 滩涂大米草发酵联产氢气和甲烷研究

4．1 大米草水解预处理

4．2 大米草暗发酵产氢

4．3 产氢尾液发酵联产甲烷

4．4 本章小结

第5章 市政典型废弃物发酵联产氢气和甲烷研究

5．1 典型市政废弃物的成分分析

5．2 市政废弃物暗发酵产氢及联产甲烷

5．3 市政废弃物发酵单产甲烷

5．4 废弃物联产甲烷与单产甲烷的热动力学对比

5．5 本章小结

第6章 全文总结以及展望

6．1 全文总结

6．2 主要创新点

6．3 工作展望

参考文献

作者简历