餐厨垃圾制沼及膜法沼气提纯一体化系统设计及理论研究

发布时间：2021-01-31 21:46

　　全球每年消费能源总量的85%以上来自于煤炭、石油与天然气三种主要化石燃料。据专家估计,按现在的能源消费速度,全球石油、天然气、煤炭现有蕴藏量分别只能再开采大约四十多年、六十多年和二百多年。由此可见,人类生产和生活所依赖的主要化石能源日趋枯竭,急需发展各种新能源来补充。同时,我国使用化石燃料的C02排放总量已居全球之首,这与我国确立的清洁发展、可持续发展和和谐发展的方针严重相悖。另外,我国是一个人口大国,也是一个餐饮消费大国,每年有数亿吨的餐厨垃圾需要进行科学利用和无害化处理。因此,研究和发展将餐厨垃圾沼气化、进而制成天然气级的提纯沼气,一举实现垃圾的科学处理和资源化,弥补我国能源不足,具有重要的现实意义、环保意义和能源战略意义。普通沼气热值比较低,且含有大量C02和其他的无用成分,因此,很难作为工业能源进行销售和使用,其市场基本限定在农村生活领域。本文针对我国能源短缺、餐厨垃圾需要科学处理、普通沼气品味低、不能进入工业领域应用的现实情况,研究和探讨了：基于气体分离膜的沼气除杂、提纯技术,以丰富的餐厨垃圾为原料的制沼及沼气除杂、提纯一体化方法和相关理论,以及其技术系统如何实现等相关问题,... 

【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 问题的提出
        1.1.2 研究的目的与意义
    1.2 沼气提纯研究现状
        1.2.1 沼气提纯概述
        1.2.2 沼气脱碳技术研究现状
        1.2.3 沼气脱水技术研究现状
        1.2.4 沼气脱硫技术研究现状
    1.3 餐厨垃圾处理现状
    1.4 餐厨垃圾厌氧发酵研究现状
        1.4.1 厌氧发酵工艺研究现状
        1.4.2 餐厨垃圾厌氧发酵研究现状
        1.4.3 沼气发酵装置研究现状
    1.5 本研究的主要内容及目标
        1.5.1 本研究的主要研究内容
        1.5.2 本研究的目标
2 基于膜提纯沼气技术研究
    2.1 沼气提纯系统工艺流程
        2.1.1 脱氨装置
        2.1.2 脱水装置
        2.1.3 脱硫装置
        2.1.4 脱氧装置
        2.1.5 气体分离膜分离机理
        2.1.6 非多孔均质膜的溶解扩散机理
        2.1.7 多孔膜的透过扩散机理
        2.1.8 气体在复合膜中渗透
        2.1.9 气体分离膜的主要特性参数
        2.1.10 气体分离膜材料
    2.2 气体分离膜组件简介
        2.2.1 平板式
        2.2.2 螺旋卷式
        2.2.3 中空纤维式
    2.3 膜分离主装置设计及膜用量计算
        2.3.1 中空纤维式膜分离主装置流型选取与设计
        2.3.2 膜用量计算
    2.4 本章小结
3 餐厨垃圾制沼提纯系统及主装置设计
    3.1 两相厌氧发酵制沼提纯系统的总工艺流程
    3.2 两相式制沼提纯系统的主装置设计
        3.2.1 发酵罐的结构设计
        3.2.2 搅拌装置设计
        3.2.3 中试二级膜组件
    3.3 低压储气罐设计与有限元分析
        3.3.1 低压储气罐的技术特性
        3.3.2 低压储气罐的结构设计
        3.3.3 低压储气罐的结构分析
    3.4 本章小结
4 餐厨垃圾特性及制沼效益评价
    4.1 餐厨垃圾性质
        4.1.1 餐厨垃圾成分分析
        4.1.2 餐厨垃圾的危害性
        4.1.3 餐厨垃圾的资源性
    4.2 餐厨垃圾制沼经济效益评价
        4.2.1 餐厨垃圾的分子式确定
        4.2.2 产气量估算
        4.2.3 沼气产出效益评价
        4.2.4 沼渣沼液制肥效益评价
        4.2.5 沼气提纯为天然气级沼气效益
    4.3 餐厨垃圾资源化制沼的环境与社会效益分析
        4.3.1 环境效益
        4.3.2 社会效益
    4.4 本章小结
5 厌氧发酵机理与厌氧发酵影响因素
    5.1 厌氧发酵机理
        5.1.1 厌氧生物降解的基本过程
        5.1.2 厌氧发酵生化反应动力学
        5.1.3 非产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系
    5.2 两相厌氧发酵制沼系统工艺流程
        5.2.1 发酵工艺选择
        5.2.2 发酵罐流态选择
        5.2.3 两相厌氧发酵制沼系统的基本流程
    5.3 餐厨垃圾厌氧发酵影响因素
        5.3.1 餐厨垃圾的性质
        5.3.2 pH值
        5.3.3 温度
        5.3.4 挥发酸（VFA）
        5.3.5 氧化还原电位
        5.3.6 容积负荷率
        5.3.7 水力停留时间（HTR）
        5.3.8 抑制物
        5.3.9 搅拌
    5.4 本章小结
6 膜组件提纯沼气试验研究
    6.1 沼气提纯试验方案设计
        6.1.1 试验温度
        6.1.2 试验压力
        6.1.3 气体组分的测定
        6.1.4 膜提纯沼气试验步骤
    6.2 一级膜提纯沼气试验及结果
        6.2.1 标准样气和沼气原气
        6.2.2 标准样气、沼气原气和提纯气各气体组分的体积百分数
        6.2.3 不同压力下配制气膜组件分离试验
    6.3 试验结果分析
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]水稻施用沼肥效益分析[J]. 曾宪波,潘存林,蒲祖锋,杨波,段美华,胡建平.  耕作与栽培. 2010(02)
[2]餐厨垃圾特性及其厌氧消化性能研究[J]. 李荣平,葛亚军,王奎升,李秀金,庞云芝.  可再生能源. 2010(01)
[3]污泥填埋场气体产量的预测方法研究[J]. 朱英,赵由才,李鸿江.  中国环境科学. 2010(02)
[4]城镇有机垃圾两相厌氧消化中有机物水解溶出试验[J]. 张兴庆,罗伟,罗博,刘国涛,袁荣焕,彭绪亚.  中国沼气. 2009(05)
[5]一体化两相厌氧反应器处理猪场废水的启动研究[J]. 浦跃武,郭梅君,刘族安.  华南理工大学学报(自然科学版). 2009(10)
[6]餐厨垃圾厌氧发酵特性的研究[J]. 王延昌,袁巧霞,谢景欢,郭聪颖.  环境工程学报. 2009(09)
[7]两相厌氧工艺的研究现状及其应用[J]. 陈坚,童晓庆.  环境科技. 2009(04)
[8]北京市餐厨垃圾产生状况及厌氧发酵产气潜力分析[J]. 刘晓英,李秀金,董仁杰,肖勇,马欣欣,刘广青.  可再生能源. 2009(04)
[9]城市餐厨垃圾分级回收处理模式探索[J]. 王莉,刘应宗.  西北农林科技大学学报(社会科学版). 2009(03)
[10]户用沼气能源温室气体减排的环境效益评价[J]. 刘叶志.  长江大学学报(自然科学版)农学卷. 2009(01)

博士论文
[1]泔脚废物厌氧两相发酵工艺及其矿化垃圾协同生物产氢过程研究[D]. 钱小青.同济大学 2006

硕士论文
[1]餐厨垃圾特性及厌氧消化产沼性能研究[D]. 刘晓英.北京化工大学 2010
[2]不同工艺条件下硫酸盐还原反应器微生物群落动态分析[D]. 刘一威.哈尔滨工业大学 2006
[3]一体化折板式两相厌氧污水处理工艺研究[D]. 林英姿.吉林大学 2006
[4]城镇有机垃圾厌氧发酵中有机酸及氨氮抑制效应研究[D]. 周晓臣.重庆大学 2006
[5]城镇有机垃圾序批式两相厌氧消化工艺试验研究[D]. 罗伟.重庆大学 2006
[6]城市生活垃圾厌氧发酵过程产生沼气的净化及利用[D]. 张海东.昆明理工大学 2005
[7]城市生活垃圾厌氧消化处理技术研究[D]. 张波.西北农林科技大学 2004



本文编号：3011632