紫茎泽兰厌氧消化资源化利用研究

发布时间：2020-06-11 13:17

【摘要】：本论文以紫茎泽兰为主要原料进行厌氧消化产沼气试验,研究紫茎泽兰干发酵产期潜力及厌氧消化过程中有害物质降解趋势,同时将厌氧消化残留物实现末端资源化处理,制备生物质炭。本研究得到如下研究结论：1)紫茎泽兰混合牛粪气试验应用正交试验考察草粪比、发酵浓度及接种物浓度对产气量影响。试验结果表明,影响产气量的主次因素依次为：发酵浓度接种物浓度粪草比,最优消化条件为：粪草比2：1、发酵浓度20%、接种物浓度30%。在此优化条件下,TS及VS产气率分别为123.05mL·g-’和164.56 mL·g-1。2)在粪草比2：1、发酵浓度20%、接种物浓度30%条件下,四种不同干燥处理紫茎泽兰混合猪粪干发酵产沼气得到以下结论：新鲜紫茎泽兰组消化周期最短,消化启动正常,TS及VS产气量最高可达194.96mL·g-1、240.11 mL·g-1随着氨氮含量的累积VFAs含量下降。氨氮含量最高达4980 mg·L-。单宁类降解率达到最大值84.46%。香豆素类含量增长量最大增加了9.6倍。3)紫茎泽兰批式厌氧消化产沼气试验,此时发酵浓度为8%,消化原料为不同干燥处理的紫茎泽兰得到试验结果如下：TS及VS降解率大大高于干发酵的降解率可达81.12%和44.31%,然而日产气量非常少且不稳定。最高TS及VS产气潜力分别为77.72 mL·d-1和101.75mL·d-1。SEM图显示厌氧消化前后紫茎泽兰秸秆只有小部分发生变化,其中木质素含量减少最多。氨氮最高含量为1056mg·L-1。厌氧消化后有害物质单宁类的含量最大降幅可达89.39%。各组香豆素类含量降解率分别为91.90%、94.12%、81.52%、64.94%。4)紫茎泽兰厌氧消化残留物制备生物质炭试验得出：400℃时制备生物质炭产率最高为60.01%,燃烧热最高19.76MJ·kg-1,随着温度继续增加,产率和燃烧热均降低。生物质炭的能谱分析直观显示出其中C和O元素的含量,400℃时C含量最高为68.52%,此时含有部分O元素残留。生物质炭在400-4000cm-1范围内进行傅里叶红外光谱扫描分析结果显示随着碳化温度的身高,首先水分和半纤维素等物质先碳化,厌氧消化降低的木质素的碳化温度,在350℃开始实现C的大量积累。在5℃/min、10℃/min、和20℃/min升温速率下的DTA曲线显示,生物质炭主要经过两个热解阶段,其中240-350℃是低沸点物质的热解,450℃以上时,原料中难挥发物质开始热解出现吸热反应。由此可知,400℃是紫茎泽兰混合畜禽粪便厌氧消化残留物热解制备生物质炭理想温度。综上所述紫茎泽兰混合畜禽粪便厌氧消化产沼气是紫茎泽兰资源化利用的一条有效途径,厌氧消化后的残留物可制备生物质炭,减少后续产物对环境造成的不良影响,同时转化成能源利用。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S216.4

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