本文關(guān)鍵詞：基于超聲波的玉米秸稈厭氧發(fā)酵工藝優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國(guó)有非常豐富的秸稈資源,通過厭氧消化將秸稈中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為可再生的清潔能源,是秸稈能源化利用的有效手段之一。但是由于秸稈復(fù)雜的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致了厭氧消化時(shí)間長(zhǎng)、效率低,所以一直無法在實(shí)際生產(chǎn)中大范圍推廣。超聲波具有能量集中、無污染等優(yōu)點(diǎn),是一種高效的處理方法,本課題結(jié)合超聲波的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)以及空化效應(yīng),對(duì)超聲波輔助玉米秸稈的厭氧發(fā)酵做了一系列研究,針對(duì)玉米秸稈發(fā)酵工藝的兩個(gè)過程,預(yù)處理過程和厭氧消化過程,分別加入超聲波作用,為超聲波在秸稈厭氧消化領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用提供了指導(dǎo)作用。首先,在玉米秸稈厭氧發(fā)酵的預(yù)處理過程中,為了探明雙頻超聲預(yù)處理對(duì)玉米秸稈厭氧發(fā)酵的影響,在稀堿預(yù)處理的基礎(chǔ)上,聯(lián)合雙頻超聲波預(yù)處理玉米秸稈,并進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)。比較了稀堿預(yù)處理、單頻超聲聯(lián)合稀堿預(yù)處理、雙頻超聲聯(lián)合稀堿預(yù)處理后的產(chǎn)氣性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,雙頻超聲波預(yù)處理可以顯著改善玉米秸稈的生物可降解性,提高消化效率。其次,對(duì)超聲波作用于玉米秸稈厭氧發(fā)酵預(yù)處理過程的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。在雙頻超聲波聯(lián)合稀堿預(yù)處理的基礎(chǔ)上,通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)曲面法對(duì)玉米秸稈厭氧消化進(jìn)行了工藝參數(shù)優(yōu)化,得到最優(yōu)參數(shù)組合并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)兩種優(yōu)化方法存在的問題,將支持向量機(jī)與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合,建立了工藝優(yōu)化的預(yù)測(cè)模型,確定了玉米秸稈厭氧消化的最優(yōu)工藝參數(shù)組合并通過產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后,在玉米秸稈厭氧發(fā)酵的厭氧消化過程中,基于超聲波作用機(jī)理,將超聲波作用于厭氧消化過程中。通過改進(jìn)常規(guī)的恒溫水浴裝置,將超聲波換能器與不銹鋼體的水槽相結(jié)合,用以實(shí)現(xiàn)玉米秸稈在厭氧消化過程中加入超聲波。使用改進(jìn)后的恒溫水浴裝置進(jìn)行中溫厭氧消化實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,超聲波在厭氧消化過程中可以顯著提高秸稈的生物可降解性。隨著負(fù)荷率的增大,增加了消化的有機(jī)質(zhì),延長(zhǎng)了產(chǎn)氣時(shí)長(zhǎng),產(chǎn)氣量明顯提高。
【關(guān)鍵詞】：超聲波 厭氧消化 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 響應(yīng)曲面法 支持向量機(jī)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S216;TB559
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 課題研究背景和意義16
• 1.2 作物秸稈利用現(xiàn)狀16-17
• 1.2.1 作物秸稈產(chǎn)生及結(jié)構(gòu)16-17
• 1.2.2 秸稈主要利用途徑17
• 1.3 秸稈厭氧消化技術(shù)概述17-20
• 1.3.1 厭氧消化機(jī)理17-18
• 1.3.2 影響厭氧消化因素18-19
• 1.3.3 國(guó)內(nèi)外秸稈預(yù)處理技術(shù)研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 超聲波技術(shù)在秸稈發(fā)酵過程中的應(yīng)用20-23
• 1.4.1 超聲波作用機(jī)制20-21
• 1.4.2 影響厭氧消化效果的超聲波參數(shù)21-22
• 1.4.3 超聲波在秸稈發(fā)酵預(yù)處理過程的研究現(xiàn)狀22-23
• 1.4.4 超聲波在秸稈厭氧消化過程中的研究現(xiàn)狀23
• 1.5 待解決的問題23
• 1.6 本課題研究的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)23-26
• 第二章 超聲波作用于預(yù)處理過程的單/雙頻工藝研究26-38
• 2.1 材料和儀器26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置26-28
• 2.2.1 超聲預(yù)處理裝置26-27
• 2.2.2 厭氧發(fā)酵裝置27
• 2.2.3 恒溫水浴裝置27-28
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方案28
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方法28-29
• 2.4.1 預(yù)處理方法28-29
• 2.4.2 厭氧消化產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)29
• 2.5 分析方法29-31
• 2.5.1 TS、VS測(cè)量30
• 2.5.2 生物氣品質(zhì)檢測(cè)30-31
• 2.6 結(jié)果與討論31-35
• 2.6.1 日產(chǎn)氣量31
• 2.6.2 累計(jì)產(chǎn)氣量31-32
• 2.6.3 甲烷含量32-33
• 2.6.4 厭氧消化時(shí)間33
• 2.6.5 TS和VS去除率33
• 2.6.6 預(yù)處理后秸稈主要成分33-34
• 2.6.7 物質(zhì)結(jié)構(gòu)34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-38
• 第三章 超聲波作用于預(yù)處理過程的工藝參數(shù)優(yōu)化38-48
• 3.1 基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的厭氧消化參數(shù)優(yōu)化38-41
• 3.1.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)38-39
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析39-41
• 3.2 基于響應(yīng)曲面法的厭氧消化參數(shù)優(yōu)化41-47
• 3.2.1 響應(yīng)曲面法41
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析41-47
• 3.3 不同優(yōu)化方法比較分析47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 基于支持向量機(jī)的工藝參數(shù)優(yōu)化48-56
• 4.1 支持向量機(jī)原理48-52
• 4.1.1 支持向量機(jī)回歸48-50
• 4.1.2 核函數(shù)性質(zhì)與構(gòu)造50-52
• 4.2 支持向量機(jī)與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合52
• 4.3 不同工藝參數(shù)模擬分析52-54
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及驗(yàn)證54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第五章 超聲波作用于厭氧消化過程的工藝參數(shù)分析56-66
• 5.1 改進(jìn)的恒溫水浴裝置56-58
• 5.1.1 改進(jìn)思想56-57
• 5.1.2 設(shè)備及參數(shù)57-58
• 5.2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析58-64
• 5.2.1 日產(chǎn)氣量59-60
• 5.2.2 累計(jì)產(chǎn)氣量60-62
• 5.2.3 甲烷產(chǎn)量62
• 5.2.4 厭氧消化時(shí)間62-63
• 5.2.5 TS和VS去除率63-64
• 5.3 本章小結(jié)64-66
• 第六章 結(jié)論與展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72-74
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74-76
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介76-78
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書78-79

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5 王

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