同步生物法沼气提纯与合成气利用实验研究

摘要

厌氧消化产沼气和热解气化制合成气分别是实现易生物降解和难降解生物质资源化的最佳可行性技术之一，以生物质合成气（主要成分H2、CO、CO2）为外加氢源的生物法沼气提纯技术为实现同步沼气和合成气的高效高值利用提供了新的研究思路。
　　为探究同步生物法沼气提纯与合成气利用工艺的可行性，本研究首先通过批实验和长期培养驯化实验研究了厌氧微生物对CO的降解转化特性及合成气生物甲烷化的可行性;其次，以模拟的沼气和合成气为唯一碳源，研究了三种污泥在模拟气条件下的同步利用的效果和转化机制;最后，以餐厨垃圾为基质进行厌氧消化产沼气，以合成气为外加氢源，建立同步沼气提纯与合成气利用的实验体系，考察了该工艺长期运行的整体效果及可能存在的问题。主要研究结果概括如下:
　　(1)合成气中的CO能够被微生物完全降解转化且其降解所需时间随其初始含量的升高而延长;厌氧污泥形态和传质速率是微生物降解转化合成气的限制性因素，三种污泥对合成气降解转化的效果依次为:颗粒污泥＞碳毡生物膜＞絮状污泥;长期驯化培养后，CO对絮状污泥微生物的毒性抑制作用明显减弱，三种污泥均能在1d内完全降解转化合成气并转化为甲烷，具有较好的生物甲烷化效果;絮状污泥主要是通过产酸细菌来实现合成气的降解转化，产酸细菌和嗜氢型甲烷菌的共生营养可能是两种颗粒生物膜转化合成气的主要途径。
　　(2)以纯氢气和合成气为外加氢源的模拟气实验中，絮状污泥实验组中混合气CH4含量分别富集至85％、82％，初步验证了以合成气为外加氢源的沼气提纯的可行性;颗粒污泥对模拟气的甲烷化最好，稳定运行时混合气CH4含量高达93％，有望在后续同步沼气提纯与合成气利用工艺中得到应用。
　　(3)餐厨垃圾厌氧消化反应器的启动负荷为0.5 gVS/L·d，合成气通入量为2.20 L/d时混合气中CH4含量达到93.3％，提高有机负荷后混合气中CH4的含量也维持在80％以上;实验110d内，提纯反应器的pH值在7.5～8.5之间，有效碱度在3900～5000 mg/L之间，基本实现了同步利用实验系统的稳定运行。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 沼气资源化的研究现状

1．2．2 生物质合成气资源化研究现状

1．3 研究目的与内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 实验材料、装置与方法

2．1 实验材料

2．1．1 主要材料及设备仪器

2．1．2 实验用药品及培养液

2．2 实验装置与方法

2．2．1 批实验

2．2．2 长期驯化培养实验

2．2．3 模拟气转化实验

2．2．4 同步利用实验

2．3 分析与测试

2．3．1 VFA的测定

2．3．2 气体组分的测定

2．3．3 pH、碱度的测定

2．3．4 微生物群落分析

第三章 合成气生物甲烷化可行性研究

3．1 厌氧微生物对CO的降解转化特性研究

3．1．1 初始CO含量

3．1．2 传质速率

3．1．3 污泥性状

3．2 长期驯化及微生物形态对合成气转化的影响

3．2．1 驯化始末厌氧微生物对CO的转化特性

3．2．2 驯化始末厌氧微生物对合成气降解特性

3．3 微生物群落分析

3．3 本章小结

第四章 基于沼气提纯与合成气同步利用的模拟气实验研究

4．1 实验装置与方法

4．2 絮状污泥对模拟气转化特性研究

4．2．1 以纯氢气为外加氢源启动的同步利用试验研究

4．2．2 以合成气为外加氢源启动的同步利用试验研究

4．3 颗粒型生物膜对模拟气的转化特性研究

4．3．1 实验方法及运行工况

4．3．2 结果与分析

4．4 本章小结

第五章 餐厨垃圾厌氧消化与合成气同步利用实验研究

5．1 实验装置与方法

5．2 结果与分析

5．2．1 气体组分的变化

5．2．2 pH值、碱度和VFA的变化

5．3 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况