小球藻高浓度厌氧消化产沼工艺研究

发布时间：2017-08-13 08:35

  本文关键词：小球藻高浓度厌氧消化产沼工艺研究

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【摘要】：微藻生物能源是一种优良的新能源,研究开发将固定二氧化碳、利用废弃物以保护环境与生产能源物质结合在一起的技术,将光生物反应器养藻与厌氧微生物降解藻生物质再转化为甲烷燃料构成循环系统对解决未来社会的能源与环境问题意义重大。本文研究了广泛选用的典型微藻小球藻的产甲烷性能,实验中所用的小球藻每毫升藻液中约含有100亿个藻细胞,浓度100g/L(TS10%)左右,其干藻粉中碳元素含量接近50%。高浓度微藻厌氧消化产甲烷潜势达到0.461m3/kgVSadded,其中沼气中甲烷含量达到70%。对小球藻基本性质以及厌氧消化产甲烷潜能BMP实验分析表明,微藻生物质容易被厌氧微生物降解,能够将有机质(包括微藻油脂、蛋白质、糖类等有机物)充分转化成甲烷,微藻的产甲烷潜势比较高。对微藻的水热处理改性实验表明:水热处理能够提高藻液有机物的溶解率,破坏微藻细胞固相物质;水热处理后小球藻的叶绿体被破坏,藻液中蛋白质分解,颜色和气味有明显的变化;水热处理对微藻产甲烷潜能没有显著影响,但是对于微藻固定二氧化碳产甲烷能源的系统有贡献,在厌氧消化沼液中的碳源、氮源等营养物质经过热水解转移到液相中(有机物溶解率提升达50%),这样才能被微藻生长繁殖所利用,使得系统具有良好的自持性。最后研究不同负荷率下小球藻厌氧消化产甲烷工艺,使用CSTR反应器(5L)进行了负荷率分别为1.8、2.0、3.0、3.6kgVS/m3d的半连续实验,对不同有机负荷率条件下小球藻的产甲烷性能、有机物降解率以及反应器的稳定性进行了分析。运行CSTR反应器50d、45d、30d、25d停留时间工况产沼气分别为0.928、1.149、1.637和2.0m3/m3d,容积产甲烷率达到0.584、0.632、0.948、1.118m3/m3d,反应器运行良好,沼气中甲烷含量比较高(60%左右),可得到优质的燃料。单位有机物(每千克VS)的产甲烷率比较高,在0.30~0.33 m3CH4/kgVSadded,随着有机负荷提高,VS的降解率下降,分别为61.83%、60.21%、60.17%和59.14%。本实验构造了微藻的厌氧消化产甲烷系统,将高浓度藻液直接厌氧消化,省略了收集步骤,在微藻生物能源的研究中,微藻的收集是耗费大量资金和能量的步骤,使用厌氧消化产甲烷技术,不需要脱水干燥,经济可行;厌氧消化过程产生的二氧化碳可以回用于微藻的生长繁殖,沼液可以回用作为微藻增殖的营养。
【关键词】：微藻 厌氧消化 新能源 生物甲烷 水热处理
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-27
• 1.1 研究背景8-11
• 1.1.1 二氧化碳减排与生物质能源开发8-10
• 1.1.2 微藻生物质能源化方式10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展方向11-23
• 1.2.1 光生物反应器培养微藻的相关研究11-13
• 1.2.2 微藻生物质能源化相关研究及发展方向13-23
• 1.3 厌氧消化过程有机物的降解生化反应23-25
• 1.4 本论文研究目的、内容与技术路线25-27
• 1.4.1 研究目的与内容25-26
• 1.4.2 技术路线图26-27
• 第2章 实验材料与方法27-36
• 2.1 实验材料27
• 2.2 实验方法27-36
• 2.2.1 p H值的测定27-28
• 2.2.2 碱度的测定28-29
• 2.2.3 有机物含量指标TS、VS、SS、VSS29-30
• 2.2.4 沼气中甲烷浓度的测定30-31
• 2.2.5 化学需氧量31-32
• 2.2.6 挥发性脂肪酸 (VFA)的测定32-33
• 2.2.7 电镜33
• 2.2.8 总有机碳TOC和总氮TN33-34
• 2.2.9 小球藻藻种培养基配制34-36
• 第3章 微藻厌氧消化产甲烷批次实验36-48
• 3.1 本章引论36-37
• 3.2 实验内容37-39
• 3.3 实验结果与分析39-46
• 3.3.1 微藻的基本性质指标检测39-44
• 3.3.2 微藻的厌氧消化产甲烷潜能44-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 水热处理技术对高浓度小球藻改性实验研究48-60
• 4.1 有机物溶解率分析49-54
• 4.1.1 微藻TS随水热处理条件不同的变化规律49-50
• 4.1.2 微藻VS随水热处理条件不同的变化规律50
• 4.1.3 SS与VSS的溶解规律50-52
• 4.1.4 VDS的变化规律52
• 4.1.5 TOC的变化规律52-53
• 4.1.6 水热处理过程中氮元素的溶解变化规律53-54
• 4.2 水热处理微藻的元素分析与有机组分分析54
• 4.3 微藻形态的变化54-57
• 4.4 水热处理对小球藻厌氧消化产甲烷的影响57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 小球藻高浓度厌氧消化产沼工艺运行实验60-74
• 5.1 本章引论60-63
• 5.2 接种污泥的培养63-64
• 5.3 小球藻与水热处理小球藻HRT40d条件下半连续反应器运行实验64-69
• 5.3.1 反应器的产气情况64-67
• 5.3.2 小球藻与水热藻半连续反应器的有机物降解情况分析67-69
• 5.4 有机负荷率对微藻厌氧消化工艺的影响研究69-72
• 5.4.1 不同有机负荷率下小球藻厌氧消化产沼气情况69-70
• 5.4.2 不同有机负荷率下小球藻有机物厌氧降解率分析70-71
• 5.4.3 工艺运行的稳定性情况分析71-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第6章 结论与建议74-76
• 6.1 结论74
• 6.2 建议74-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-83
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果83

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