傳統(tǒng)沼氣中CH4含量和產(chǎn)量偏低,大大限制了沼氣的應(yīng)用范圍,同時(shí)由于現(xiàn)有提高CH4含量的生物方法存在僅能提高CH4含量,不能提高CH4產(chǎn)量,有時(shí)甚至導(dǎo)致CH4產(chǎn)量降低的問題。而且現(xiàn)有生物方法由于其未能將CO2進(jìn)行充分的利用,容易導(dǎo)致環(huán)境污染。因此,本研究通過添加外源氫生物異位法對(duì)間歇循環(huán)曝氣和氨氮濃度等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,以同步提高沼氣中的CH4含量和產(chǎn)量。另外,從微生物學(xué)和液體中氣泡運(yùn)動(dòng)規(guī)律等微觀角度對(duì)沼氣中的CH4含量和產(chǎn)量的提高過程機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步地分析解釋,得出以下主要結(jié)論:1、開展了廢鐵屑和廢硫酸腐蝕析氫影響因素的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在廢鐵屑添加量、廢鐵屑粒徑、廢硫酸pH值、轉(zhuǎn)速、溫度等5個(gè)因素中,廢硫酸pH值對(duì)廢鐵屑和廢硫酸的腐蝕析氫的影響最大,在廢硫酸pH值為0時(shí),廢鐵屑的累積析氫量為1082.5 mL,在此條件下,轉(zhuǎn)速及溫度對(duì)廢鐵屑和廢硫酸腐蝕析氫影響不大。廢鐵屑粒徑為2.8mm時(shí)的累積析氫量最大,為42.9 mL。因此,采用廢鐵屑和廢硫酸腐蝕析氫反應(yīng)來制取H2,直接在室溫下靜置即可達(dá)到最佳的析氫效果。采用該方法,不僅可以有效的降低制氫成本,而且可以保護(hù)環(huán)境,提高廢棄物的利用價(jià)值... 

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 沼氣的產(chǎn)生過程及利用現(xiàn)狀
        1.1.1 沼氣的產(chǎn)生過程
        1.1.2 沼氣的利用現(xiàn)狀
        1.1.4 生物天然氣的概念
        1.1.5 提高CH_4含量和產(chǎn)量的意義
    1.2 生物法提高沼氣CH_4含量的影響因素
        1.2.1 溫度
        1.2.2 壓力
        1.2.3 氣體組分比
        1.2.4 提高CH_4含量工藝
    1.3 沼氣中CH_4含量提高的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國(guó)外沼氣CH_4含量提高的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國(guó)內(nèi)沼氣CH_4含量提高的研究現(xiàn)狀
    1.4 氣泡運(yùn)動(dòng)的研究背景
    1.5 氣泡運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬方法
        1.5.1 VOF法
        1.5.2 LBM法
        1.5.3 LSM法
    1.6 研究目的、內(nèi)容以及技術(shù)路線
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究?jī)?nèi)容
        1.6.3 技術(shù)路線
第二章 廢鐵屑和廢硫酸腐蝕析氫反應(yīng)影響因素研究
    2.1 材料和方法
        2.1.1 材料及處理方法
        2.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.1.3 分析方法
    2.2 結(jié)果與討論
        2.2.1 添加量對(duì)廢鐵屑累積析氫量的影響
        2.2.2 粒徑對(duì)廢鐵屑累積析氫量的影響
        2.2.3 廢硫酸pH值對(duì)廢鐵屑累積析氫量的影響
        2.2.4 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)廢鐵屑累積析氫量的影響
        2.2.5 溫度對(duì)廢鐵屑累積析氫量的影響
    2.3 本章小結(jié)
第三章 添加外源氫異位提高沼氣中CH_4含量和產(chǎn)量工藝研究
    3.1 材料和方法
        3.1.1 試驗(yàn)材料
        3.1.2 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及啟動(dòng)
        3.1.3 分析方法
        3.1.4 計(jì)算公式
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 間歇循環(huán)曝氣提高沼氣中CH_4含量和產(chǎn)量初步研究
            (1) CSTR和UR系統(tǒng)運(yùn)行情況
            (2) H_2利用率以及H_2轉(zhuǎn)化為CH_4的效率
            (3) CSTR和UR中CH_4的產(chǎn)量
        3.2.2 間歇循環(huán)曝氣提高沼氣中CH_4含量和產(chǎn)量?jī)?yōu)化研究
            (1) 反應(yīng)器運(yùn)行情況
            (2) H_2利用效率、H_2轉(zhuǎn)化為CH_4的效率、CH_4產(chǎn)量提高率
        3.2.3 氨氮濃度提高沼氣中CH_4含量和產(chǎn)量?jī)?yōu)化工藝研究系統(tǒng)運(yùn)行情況
    3.3 本章小結(jié)
第四章 添加外源氫異位提高沼氣中CH_4含量和產(chǎn)量微生物群落結(jié)構(gòu)變化研究
    4.1 材料和方法
        4.1.1 試驗(yàn)材料
        4.1.2 微生物測(cè)序過程
        4.1.3 微生物多樣性分析方法
    4.2 結(jié)果與討論
        4.2.1 間歇循環(huán)曝氣提高沼氣中CH_4含量和產(chǎn)量初步研究中微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性
            (1) 細(xì)菌和古菌稀釋性曲線
            (2) 韋恩圖分析
            (3) 古菌微生物群落結(jié)構(gòu)
            (4) 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化
            (5) 細(xì)菌和古菌基因功能特征
        4.2.2 間歇循環(huán)曝氣提高沼氣中CH_4含量和產(chǎn)量?jī)?yōu)化研究中微生物群落結(jié)構(gòu)
            (1) 細(xì)菌和古菌稀釋性曲線
            (2) 古菌群落結(jié)構(gòu)變化
            (3) 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化
            (4) 產(chǎn)甲烷菌形態(tài)變化
        4.2.3 氨氮濃度提高沼氣中CH_4含量和產(chǎn)量工藝研究微生物群落結(jié)構(gòu)變化
            (1) 細(xì)菌和古菌稀釋性曲線
            (2) 古菌群落結(jié)構(gòu)變化
            (3) 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化
            (4) 產(chǎn)甲烷菌形態(tài)變化
            (5) 微生物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子關(guān)系
            (6) 微生物不同樣品間距離關(guān)系
    4.3 本章小結(jié)
第五章 H_2、CH_4和CO_2氣泡在靜水中上浮過程的運(yùn)動(dòng)特性模擬及試驗(yàn)研究
    5.1 模型和方法
        5.1.1 控制方程
        5.1.2 幾何模型及網(wǎng)格
        5.1.3 物理模型
        5.1.4 試驗(yàn)驗(yàn)證裝置
        5.1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
    5.2 結(jié)果與討論
        5.2.1 單個(gè)CH_4氣泡上浮過程中運(yùn)動(dòng)軌跡變化
            (1) 氣泡模擬驗(yàn)證
            (2) 初始速度對(duì)單個(gè)CH_4氣泡的影響
            (3) 初始直徑對(duì)單個(gè)CH_4氣泡的影響
            (4) 水溫對(duì)單個(gè)CH_4氣泡的影響
            (5) 出口壓力對(duì)單個(gè)CH_4氣泡的影響
            (6) 單個(gè)H_2和CO_2氣泡上浮過程中運(yùn)動(dòng)形態(tài)變化
            (7) 單個(gè)CH_4、H_2和CO_2氣泡在靜水中上浮過程直徑變化
            (8) 單個(gè)CH_4、H_2和CO_2氣泡在靜水中停留時(shí)間變化
        5.2.2 CH_4、H_2和CO_2雙氣泡上浮過程中形態(tài)變化
            (1) 氣泡不同水平間距對(duì)CH_4雙氣泡在靜水中上浮過程的影響
            (2) 雙氣泡上浮過程中氣泡融合及破碎過程流場(chǎng)變化
        5.2.3 CH_4、H_2和CO_2三氣泡上浮過程中形態(tài)變化
            (1) 三個(gè)CH_4、H_2和CO_2氣泡在靜水中上浮運(yùn)動(dòng)形態(tài)變化
            (2) 三氣泡上浮過程中氣泡融合及破碎過程流場(chǎng)變化
            (3) 多個(gè)CH_4、H_2和CO_2氣泡在靜水中停留時(shí)間變化
    5.3 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介
附件


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3684654