基于秸秆与粪便混合原料的富氢沼气发酵工艺研究

发布时间：2020-06-22 13:55

【摘要】：以秸秆类生物质和畜禽粪便等为原料的沼气厌氧发酵技术研究,不仅改善了环境污染问题,而且能够得到其他可利用的清洁能源。氢气作为沼气厌氧发酵过程的一种产物,具有能量密度大、热转化率高等优点,通过控制沼气厌氧发酵的工艺条件,提高沼气中的氢气含量,从而获得富氢沼气的清洁生物质燃气这一思路,对提高农业废弃物能源化利用的综合效益有重要意义。本论文是在国家公益性行业(农业)科研专项“沼气全面替代农户家庭商品用能的组合设备及技术研究(项目编号:201303099)”的资助下完成的。本论文通过对沼气发酵前期的工艺条件进行调控,分析沼气发酵初期10天内的产气情况,研究初始pH值、接种量等因素与沼气产量及其氢气含量之间的相关关系。在单因素试验的基础上,采用响应面法优化玉米秸秆与牛粪混合原料的富氢沼气发酵工艺条件。结果表明:(1)初始pH值为7.5的实验组对维持厌氧发酵正常pH值的能力明显比其它试验组强;从整个发酵周期内累计总产气量比较,初始pH值为7.5的实验组产气效果较好达到10.1L,明显高于其他实验组;从累积产氢量上比较,初始pH值为7.5条件下,发酵过程累积总产气量最高,且氢气的累积产气量为132mL,是初始pH值为7的1.5倍。因此,初始pH值为7.5的处理有利于提高玉米秸秆与牛粪混合原料发酵沼气中氢气的含量。(2)接种量为35%的实验组对维持厌氧发酵正常p H值的能力明显比其它试验组强;从整个发酵周期内累计总产气量比较,接种量为35%的实验组产气效果较好达到10.6L,明显高于其他实验组;从累积产氢量上比较,接种量为35%条件下,发酵过程累积总产气量最高,且氢气的累积产气量为140mL。因此,35%的接种量有利于提高玉米秸秆与牛粪混合原料发酵沼气中氢气的含量。(3)初始pH值为7.5的实验组对维持厌氧发酵正常pH值的能力明显比其它试验组强;从整个发酵周期内累计总产气量比较,碳氮比为20:1的实验组产气效果较好达到11.8L,明显高于其他实验组;从累积产氢量上比较,碳氮比为20:1的条件下,发酵过程氢气的累积产气量为129mL,综合考虑,该实验组对沼气中氢气含量变化的影响较为显著。因此,碳氮比为20:1的处理有利于提高玉米秸秆与牛粪混合原料发酵沼气中氢气的含量。(4)响应面模型对玉米秸秆与牛粪混合原料产气试验有较好的模拟效果,根据模型预测累积产氢量最大值为150.55mL,此时试验工艺条件为:初始pH值7.48,接种量为35.54%,碳氮比为20.69。以此试验条件进行玉米秸秆与牛粪混合原料发酵验证试验得到累积产氢量为142.16mL,误差为5.57%。
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S216.4
【图文】：

装置气发酵所用的实验装置如图 1 所示，主要由发酵瓶、排水集气瓶、集水制箱等组成，发酵瓶与集气瓶间的胶管设有三通玻璃管，用于检测气生的气体体积通过排水法测定。

通过响应面二维等高线和三维视图可以看到不同因素对响应值的影响程度。从等高线看，等高线呈椭圆形表明两因素交互效果显著，圆形则交互效果不显著。从三维曲面来看，坡度平缓表明在试验设计范围内该因素条件变化对响应值影响较小，坡度陡峭表该试验条件对响应值影响较大。初始 pH 值和接种量的响应面图如图 20 所示。

【参考文献】

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本文编号：2725769