【摘要】：以秸稈類生物質(zhì)和畜禽糞便等為原料的沼氣厭氧發(fā)酵技術(shù)研究,不僅改善了環(huán)境污染問題,而且能夠得到其他可利用的清潔能源。氫氣作為沼氣厭氧發(fā)酵過程的一種產(chǎn)物,具有能量密度大、熱轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn),通過控制沼氣厭氧發(fā)酵的工藝條件,提高沼氣中的氫氣含量,從而獲得富氫沼氣的清潔生物質(zhì)燃?xì)膺@一思路,對提高農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用的綜合效益有重要意義。本論文是在國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)“沼氣全面替代農(nóng)戶家庭商品用能的組合設(shè)備及技術(shù)研究(項(xiàng)目編號:201303099)”的資助下完成的。本論文通過對沼氣發(fā)酵前期的工藝條件進(jìn)行調(diào)控,分析沼氣發(fā)酵初期10天內(nèi)的產(chǎn)氣情況,研究初始pH值、接種量等因素與沼氣產(chǎn)量及其氫氣含量之間的相關(guān)關(guān)系。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面法優(yōu)化玉米秸稈與牛糞混合原料的富氫沼氣發(fā)酵工藝條件。結(jié)果表明:(1)初始pH值為7.5的實(shí)驗(yàn)組對維持厭氧發(fā)酵正常pH值的能力明顯比其它試驗(yàn)組強(qiáng);從整個發(fā)酵周期內(nèi)累計(jì)總產(chǎn)氣量比較,初始pH值為7.5的實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)氣效果較好達(dá)到10.1L,明顯高于其他實(shí)驗(yàn)組;從累積產(chǎn)氫量上比較,初始pH值為7.5條件下,發(fā)酵過程累積總產(chǎn)氣量最高,且氫氣的累積產(chǎn)氣量為132mL,是初始pH值為7的1.5倍。因此,初始pH值為7.5的處理有利于提高玉米秸稈與牛糞混合原料發(fā)酵沼氣中氫氣的含量。(2)接種量為35%的實(shí)驗(yàn)組對維持厭氧發(fā)酵正常p H值的能力明顯比其它試驗(yàn)組強(qiáng);從整個發(fā)酵周期內(nèi)累計(jì)總產(chǎn)氣量比較,接種量為35%的實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)氣效果較好達(dá)到10.6L,明顯高于其他實(shí)驗(yàn)組;從累積產(chǎn)氫量上比較,接種量為35%條件下,發(fā)酵過程累積總產(chǎn)氣量最高,且氫氣的累積產(chǎn)氣量為140mL。因此,35%的接種量有利于提高玉米秸稈與牛糞混合原料發(fā)酵沼氣中氫氣的含量。(3)初始pH值為7.5的實(shí)驗(yàn)組對維持厭氧發(fā)酵正常pH值的能力明顯比其它試驗(yàn)組強(qiáng);從整個發(fā)酵周期內(nèi)累計(jì)總產(chǎn)氣量比較,碳氮比為20:1的實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)氣效果較好達(dá)到11.8L,明顯高于其他實(shí)驗(yàn)組;從累積產(chǎn)氫量上比較,碳氮比為20:1的條件下,發(fā)酵過程氫氣的累積產(chǎn)氣量為129mL,綜合考慮,該實(shí)驗(yàn)組對沼氣中氫氣含量變化的影響較為顯著。因此,碳氮比為20:1的處理有利于提高玉米秸稈與牛糞混合原料發(fā)酵沼氣中氫氣的含量。(4)響應(yīng)面模型對玉米秸稈與牛糞混合原料產(chǎn)氣試驗(yàn)有較好的模擬效果,根據(jù)模型預(yù)測累積產(chǎn)氫量最大值為150.55mL,此時試驗(yàn)工藝條件為:初始pH值7.48,接種量為35.54%,碳氮比為20.69。以此試驗(yàn)條件進(jìn)行玉米秸稈與牛糞混合原料發(fā)酵驗(yàn)證試驗(yàn)得到累積產(chǎn)氫量為142.16mL,誤差為5.57%。
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S216.4
【圖文】：

裝置氣發(fā)酵所用的實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1 所示，主要由發(fā)酵瓶、排水集氣瓶、集水制箱等組成，發(fā)酵瓶與集氣瓶間的膠管設(shè)有三通玻璃管，用于檢測氣生的氣體體積通過排水法測定。

通過響應(yīng)面二維等高線和三維視圖可以看到不同因素對響應(yīng)值的影響程度。從等高線看，等高線呈橢圓形表明兩因素交互效果顯著，圓形則交互效果不顯著。從三維曲面來看，坡度平緩表明在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)該因素條件變化對響應(yīng)值影響較小，坡度陡峭表該試驗(yàn)條件對響應(yīng)值影響較大。初始 pH 值和接種量的響應(yīng)面圖如圖 20 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2725769