柳枝稷的厌氧消化性能与预处理技术研究

发布时间：2020-05-29 01:16

【摘要】：目前全球的能源消费结构依然是以化石能源为主,寻找代替的能源刻不容缓。生物质能作为资源最为丰富的可再生能源之一,近年来已经被世界各国学者所重视。然而,仅凭借常见的有机废弃物不足以满足生物质能源发展的原料需求。因此,能源作物进入了大家的视线。我国有大量的边际性土地不能开垦为耕地,但可以种植能源作物,去填补生物质能源的原料空缺。本课题探究了一种典型的能源作物——柳枝稷的厌氧消化性能,并系统地比较了各种预处理的处理效果,探究了最佳的厌氧消化操作条件,利用热解对实验产生的沼渣进行了处理并对能量回收进行了评估。首先,比较了 NaOH、KOH、Ca(OH)2、H2O2、HC1、H2SO4和蒸汽爆破7种预处理方法在厌氧消化性能提升上对柳枝稷的影响。结果表明本文选取的所有预处理方法在室温(20℃)下均能对柳枝稷的厌氧消化性能进行改善,效果最好的是4%NaOH溶液,累积甲烷产量达到了 197.2mL gvs-1,相比未预处理的柳枝稷提升了 325.61%。此外3%KOH溶液也有很好的处理效果并且对环境更为友好。Ca(OH)2和蒸汽爆破预处理虽然产气效果提升一般,但能够明显缩短厌氧消化迟滞期时间。其次,根据上文实验结果,采用响应面法,系统地研究了 3%KOH溶液室温预处理的柳枝稷在不同进料有机负荷、接种比和初始pH值下的厌氧消化产气性能。进料有机负荷从3提升到27.3 gVS/L会使甲烷产量提升,随后稍稍下降。在所选区间内,接种比与甲烷产量之间呈现负相关趋势,接种比0.5为最优条件。对于pH值,从5提升到到9,甲烷产量先上升后下降。响应面法模型给出最优化条件为进料有机负荷27.30 gVS/L,接种比0.5,初始pH值6.96,在此条件下可以得到299.5 mLgvs-1的累计甲烷产量。最后,结合上文结论,本课题在总负荷为24gVS/L,接种比为1,初始pH值为6.96的反应条件下,对柳枝稷进行20、37、55和120℃的3%KOH溶液预处理研究。厌氧消化结果显示120℃处理30 min的柳枝稷厌氧消化过程中甲烷产量显著(P0.01)好于其他各组,达到了 288.4mL gvs-1 20、37和55℃的预处理柳枝稷之间没有显著性差异。此外,对20℃预处理组别的沼渣进行了回收热解实验,获得了422 mL gvs-1的热解气,即4.43 MJ kgvs-1的能量,结合厌氧消化产甲烷235.5 mLgvs-1,获得8.45 MJkgvs-1能量。因此,厌氧消化与热解两个过程能够回收柳枝稷中85.3%的能量。未来的生物质能源工业化应用中,在边际性土地种植柳枝稷,并通过预处理和厌氧消化过程加以利用可能会成为切实有效的方法。
【图文】：

柳枝稷,实物,边际性

图１－１柳枝稷实物逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ逡逑的氮化物和磷化物，并且杀虫剂用量极低，有助于改善地表并将其应用于生物质能源工业，有助于碳减排。（４）大规模物提供栖息地，起到保护生态环境的作用［１７］。逡逑生物质能源发展必须遵循“不与粮食争抢耕地”的基本方针，依靠边际性土地。在边际性土地上种植柳枝稷，不仅能够持材料，还能改善生态环境ｌｌ８１。Ｚｌｕｍｎｇ等人对我国边际性进行了评估，结果表明，能够大规模发展能源作物的边际性。如果能对其中的丨０％进行利用，，每年可以增产生物燃料１３国丰富的边际性土地资源种植能源作物发展生物质能源的前能量转化生产工艺主要有两种：（１）生物化学途径，经过预解将其中的糖转化为气体燃料（甲烷）、液体燃料（乙醇）［２Ｇ】化学方法，将柳枝稷高温热解、燃烧产生生物油或合成气，

排气装置,厌氧消化,实验装置,接种物

逑底物、接种物和适量水至工作体积后，通入高纯氮气并用胶塞迅速密封，使反应系统逡逑形成厌氧环境，然后将其置于恒温３７°Ｃ的培养箱内，如图２－２。每天摇晃蓝盖瓶１分逡逑钟，使原料能够与接种物充分混合。使用压力计测量蓝盖瓶顶棚的气压，每天的产气逡逑量可以从曰压差中计算得出。逡逑图２－１厌氧消化实验装置及排气装置逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｆａｃｉｌｉｔｙ邋ｏｆ邋ＡＤ逡逑ｐｉ邋：邋：~|；！逡逑Ｉ曙＂ｊ逡逑卜邋ｉｆ邋逦逦逡逑图２－２恒温培养箱逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｃｏｎｓｔａｎｔ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｉｎｃｕｂａｔｏｒ逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705;TK6

【参考文献】