水葫芦、水花生厌氧消化产沼气的中试实验研究

摘要

目前，湖泊富营养化问题日益引起公众的注意，国家也投入了大量的财力治理湖泊富营养化现象。水生植物能吸收水体中的氮磷等营养物质，减少水体富营养化。采用水生植物治理湖泊富营养化受到许多学者重视，而且在国内外都得到了应用。但是，水生植物产生量大，其处理利用是关键问题之一。本文研究水生植物厌氧消化产沼气技术，将水生植物转化为清洁能源，防止其二次污染，实现污染减排。
　　 (1)水生植物是一种纤维素类生物质，为提高厌氧消化处理水生植物效率，本文从牛粪中初步分离出能高效降解纤维素的厌氧嗜热微生物——热纤梭菌(Clostridium thermocellum)，研究了该微生物厌氧分解纤维素速率。结果表明：以滤纸条为底物时，该微生物在4-5天内就能完全分解滤纸条，分解速率明显大于厌氧消化反应器内普通微生物。初步研究还表明，热纤梭菌能够分解水葫芦。
　　 (2)采取两种不同的厌氧反应器分别对水葫芦、水花生进行现场中试实验研究。主要研究水葫芦与污泥共消化、水花生产沼气的性能，沼液中的pH、COD、VFA的进出口含量的变化情况。实验结果如下：
　　 运行时间为50天，体积约为4.5m3的立式降流式厌氧反应器处理水葫芦4087.6kg，累积产气量达49.385m3，平均每天产气量接近1m3，最高产气速率为2.92m3/d。水葫芦与污泥共消化，可以显著提高反应器的产气性能。添加污泥之后，单位原料(剩余污泥计算在内)的产气率为14.74L/kg湿重比未添加污泥之前的产气率高8.5L/kg。
　　 运行时间为83天，体积约为5m3的水平推流式厌氧反应器总投加生物质量为5210kg(2591kg水花生、2619kg水葫芦)，总产气量为167.901m3(水花生：100.62m3、水葫芦：67.281m3)，平均每天产气量为2.02m3。水花生、水葫芦的原料平均产气率分别为0.334m3/kg干物质(TS)和0.447m3/kg挥发性物质(VS)，0.302m3/kgTS和0.362m3/kgVS。在水花生投加期间，最大平均(第24～32天)产气速率为4.84m3/d，其相应的平均负荷量为3.4gTS·L-1·d-1(第18～23天的投加量)，最高产气速率达6.49m3/d。在水葫芦投加期间，最大平均(第45～50天)产气速率为2.47m3/d，对应的平均负荷量(第40～45天)为1.79gTS·L-1·d-1。最高产气速率达3.26m3/d。
　　 由此可以看出，水平推流式的产气性能明显优于立式降流式的产气性能；水花生的产气性能优于水葫芦的产气性能。

目录

文摘

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声明

第一章 引言

1.1研究背景

1.2水葫芦、水花生的厌氧消化研究进展

1.2.1水葫芦、水花生的组成成分及预处理技术

1.2.2厌氧消化处理技术研究进展

1.2.3水葫芦、水花生的厌氧消化处理研究现状

1.3研究的目的与意义

1.4研究的内容

第二章纤维素降解微生物的初步筛选试验研究

引言

2.1热纤梭菌的分离

2.1.1材料和方法

2.1.2分析方法

2.1.3结果与讨论

2.2热纤梭菌对水葫芦降解性能研究

2.2.1分析方法

2.2.2结果与讨论

2.3小结

2.4 问题

第三章水葫芦、水花生厌氧消化现场中试研究

引言

3.1 中试实验主体设备的设计

3.1.1 降流(立)式反应器的设计

3.1.2水平推流式反应器设计

3.1.3系统及辅助设备的设计

3.2水生植物厌氧消化预处理

3.3 降流(立)式厌氧反应器实验研究

3.3.1试验概况

3.3.2结果与讨论

3.3.4小结

3.4水平推流式厌氧反应器处理水生植物的实验研究

3.4.1 测量方法

3.4.2结果与讨论

3.4.5 小结

3.5 本章结论

3.6讨论与实验中出现的问题

3.6.1 讨论

3.6.2实验中的出现的问题

第四章结论、创新点及展望

4.1本文的主要结论

4.2本文的主要创新点

4.3今后工作的展望

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢