【摘要】：農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量可觀,但種類繁多,特性差異大。原料特性導(dǎo)致木質(zhì)纖維素難降解、氨氮抑制和高固體濃度發(fā)酵液傳熱傳質(zhì)性能差成為農(nóng)業(yè)廢棄物厭氧消化技術(shù)的瓶頸問題。針對上述問題,本研究以牛糞、豬糞和雞糞等畜禽糞便,以及預(yù)處理前后的小麥、玉米、水稻、油菜和棉花秸稈為研究對象,建立典型農(nóng)業(yè)生物質(zhì)與厭氧消化產(chǎn)氣產(chǎn)酸性能間的關(guān)系,對開展根據(jù)原料特性預(yù)測厭氧消化產(chǎn)能價值,從而指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)高效合理開發(fā)具有重要意義。針對原料特性數(shù)據(jù)不統(tǒng)一的問題,以10種典型農(nóng)業(yè)廢棄物為研究對象,全面分析20余種理化特性,參與構(gòu)建我國首個農(nóng)業(yè)生物質(zhì)基礎(chǔ)特性數(shù)據(jù)庫。同時,針對特性指標(biāo)較多、分析成本過高的問題,使用主成分分析法歸納總結(jié)了不同類型原料區(qū)別于其他原料的主要特性指標(biāo)。針對不同原料厭氧消化性能差異大的問題,選用14種農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料,從生化產(chǎn)甲烷潛力測試、反應(yīng)動力學(xué)和連續(xù)反應(yīng)體系測試三個方面對原料厭氧消化的性能進行評價,結(jié)果發(fā)現(xiàn)原料化學(xué)組分的類型和含量是控制產(chǎn)沼產(chǎn)酸潛力、生物降解性、停留時間、產(chǎn)氣速率、營養(yǎng)元素利用率、毒性物質(zhì)積累程度等性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素。針對木質(zhì)纖維類原料厭氧消化產(chǎn)氣難的問題,使用堿性過氧化氫預(yù)處理改善原料理化特性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)去除木質(zhì)素是改善木質(zhì)纖維素類原料厭氧消化產(chǎn)沼性能的關(guān)鍵因素。通過斷裂酯鍵和醚鍵,預(yù)處理回收約90%葡聚糖和80%木聚糖的同時,去除30%-50%的木質(zhì)素,從而改善原料產(chǎn)沼性能。由于有機質(zhì)的損失,堿性過氧化氫預(yù)處理僅可提高部分種類原料的產(chǎn)甲烷潛力和生物降解性。針對高氮高纖維原料連續(xù)厭氧消化易酸化的問題,使用未經(jīng)稀釋的雞糞和青貯玉米秸稈混合發(fā)酵,探討氨氮抑制和傳熱傳質(zhì)抑制協(xié)同作用下連續(xù)系統(tǒng)的產(chǎn)沼產(chǎn)酸性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)控制連續(xù)系統(tǒng)中氮元素的攝入量是解決高氮農(nóng)業(yè)廢棄物原料形成氨氮抑制的關(guān)鍵手段;具正反饋作用的多重抑制是高氮高纖維原料有效激發(fā)厭氧系統(tǒng)產(chǎn)酸潛力的重要原因;發(fā)酵液固體濃度18%,總氨氮濃度"f7000 mg/L時,高氮高纖維農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)甲烷可行;發(fā)酵液濃度20%,總氨氮濃度9000 mg/L時系統(tǒng)產(chǎn)酸潛力較大,達60000 mg有機酸/L。針對原料微量元素缺乏易造成連續(xù)系統(tǒng)酸化、傳熱傳質(zhì)抑制降低微量元素利用率的問題,通過持續(xù)添加缺乏的微量元素,探討微量元素對連續(xù)系統(tǒng)多重抑制的調(diào)控效力,結(jié)果發(fā)現(xiàn)多重抑制是阻礙微量元素最大程度發(fā)揮有利影響的重要原因;Ni、Se和Co濃度分別低于0.30、0.10和0.10 mg/L,引發(fā)丙酸積累;添加微量元素在一定程度上可降低丙酸水平,緩解產(chǎn)沼性能惡化。通過上述研究,本文闡明了農(nóng)業(yè)廢棄物原料典型特性與厭氧消化產(chǎn)氣產(chǎn)酸間的關(guān)系,為預(yù)測農(nóng)業(yè)廢棄物原料生物能源化價值和指導(dǎo)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。
【圖文】：

42圖 1-1 原料特性與厭氧消化產(chǎn)沼產(chǎn)酸性能的關(guān)系‖ 研究的技術(shù)路線Fig. 1-1 The technological route for the research of research on the relationships betweencharacteristics of ager-residues and biogas production by anaerobic digestion

51.624 7.384 861.155 5.252 97.666 3.026 98.282 1.284 99.186 .846 910.101 .461 911.083 .376 912.014 .066 1133.593E-16 1.633E-15 1142.603E-16 1.183E-15 1151.876E-16 8.529E-16 1165.549E-17 2.522E-16 117-8.808E-17 -4.003E-16 118-2.002E-16 -9.101E-16 119-3.025E-16 -1.375E-15 120-3.288E-16 -1.494E-15 121-5.086E-16 -2.312E-15 122-9.970E-16 -4.532E-15 1
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X71

【參考文獻】

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本文編號：2699674