太阳能干发酵过程实验研究

发布时间：2018-10-17 10:28

【摘要】：为减少我国农业废弃物对环境的污染和废弃物能量的损失,采用厌氧发酵方式处理有机废弃物可以将废弃物转化为高效绿色肥料同时产生大量沼气。厌氧发酵分为湿发酵和干发酵,干发酵与湿发酵相比具有原料适应性强、处理负荷大、用水量少以及后处理简单等特点,但是干发酵自身存在传质传热差、易酸化的问题。因此本课题以研究影响发酵因素和发酵装置为重点,在解决干发酵过程中传质传热不均的同时实现系统产能最大化。通过静态发酵(没有搅拌)过程寻找不同TS条件下温度和接种量对产气性的影响,并找出产气最优条件。在产气最优条件下进行动态发酵(有搅拌)。研发混合干发酵集中供气系统,利用西北地区丰富的太阳能为系统提供热量,解决厌氧发酵受气候条件影响的问题,实现全年有机废弃物无害化处理。主要研究结果如下:(1)TS(总固体浓度)为15%和20%的静态发酵条件下,接种量为20%~40%时能够顺利启动。中温(37℃)发酵与高温(52℃)发酵相比,高温条件下菌种活跃,对发酵底物有较强的分解力,产气速率快,但日产气量变化大产气不稳定。(2)TS(总固体浓度)为15%时,37℃条件下接种量为40%的实验组最优。TS产气率达到319.05 L·kg~(-1)TS,平均甲烷含量达到52.9%,TS及VS去除率分别为23.9%和21.5%;52℃条件下接种量为40%最优,启动速度快,且峰值产气量大。随着接种量的增加发酵启动速度加快、总产气量增加。TS产气率达到365.15L·kg~(-1)TS,平均产甲烷量达到54.5%,TS及VS去除率分别为25.1%和22.9%。(3)TS为20%时,37℃条件下各实验组都能够顺利的启动,其中接种量为40%实验组在启动速度及产气量上优于其他组,TS产气率达到157L·kg~(-1)TS,平均甲烷量达到52.3%,TS及VS去除率分别为17.3%和15.8%;52℃条件下各实验组都能够顺利的启动,接种量为40%实验组最优,TS产气率达到286.6L·kg~(-1)TS,平均甲烷量达到52.6%,TS及VS去除率分别为27.6%和31.5%。(4)研发外置搅拌实验装置,将静态下产气最优条件应用到动态发酵过程中。37℃条件下进料量为18L、接种比为40%,实验顺利启动没有出现酸化现象。从整个累积产气量来看共产生了648.53L气体,发酵从第1天~第43天,产气量达到总产气量的93.8%,日均产气量为11.18L。在整个发酵过程中甲烷含量超过50%的天数为26天,占整个发酵天数的44.83%,产甲烷总量为342.2L,日均产甲烷量为5.9L,日均产甲烷比例为52.77%,TS产气率是同样条件下静态发酵的1.5倍。(5)将外置搅拌规模化装置与太阳能相结合,形成混合干发酵集中供气系统,并根据散热量和进料时物料升温所需的热量匹配了相应大小的太阳能集热器。设计长为600cm、高为260cm、宽为240cm的发酵装置一次进料可处理15t有机废弃物。外部采用15cm保温层并配有16台40管的太阳能集热器进行供热,在外界温度达到-7℃条件下可以维持发酵温度在37℃。本课题创新点:(1)本文以牛粪和秸秆较为常见的农业废弃物为原料,研究在高浓度条件下不同温度、接种量对产气性能的影响,为进一步提高干发酵产气率提供了依据。(2)研发了外置搅拌干发酵反应器,在解决干发酵的传质传热问题同时保证装置运行系统简单,并与太阳能相结合维持发酵温度的恒定。
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【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S216.4;S214

【参考文献】