【摘要】：為減少我國農(nóng)業(yè)廢棄物對環(huán)境的污染和廢棄物能量的損失,采用厭氧發(fā)酵方式處理有機廢棄物可以將廢棄物轉(zhuǎn)化為高效綠色肥料同時產(chǎn)生大量沼氣。厭氧發(fā)酵分為濕發(fā)酵和干發(fā)酵,干發(fā)酵與濕發(fā)酵相比具有原料適應性強、處理負荷大、用水量少以及后處理簡單等特點,但是干發(fā)酵自身存在傳質(zhì)傳熱差、易酸化的問題。因此本課題以研究影響發(fā)酵因素和發(fā)酵裝置為重點,在解決干發(fā)酵過程中傳質(zhì)傳熱不均的同時實現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)能最大化。通過靜態(tài)發(fā)酵(沒有攪拌)過程尋找不同TS條件下溫度和接種量對產(chǎn)氣性的影響,并找出產(chǎn)氣最優(yōu)條件。在產(chǎn)氣最優(yōu)條件下進行動態(tài)發(fā)酵(有攪拌)。研發(fā)混合干發(fā)酵集中供氣系統(tǒng),利用西北地區(qū)豐富的太陽能為系統(tǒng)提供熱量,解決厭氧發(fā)酵受氣候條件影響的問題,實現(xiàn)全年有機廢棄物無害化處理。主要研究結(jié)果如下:(1)TS(總固體濃度)為15%和20%的靜態(tài)發(fā)酵條件下,接種量為20%~40%時能夠順利啟動。中溫(37℃)發(fā)酵與高溫(52℃)發(fā)酵相比,高溫條件下菌種活躍,對發(fā)酵底物有較強的分解力,產(chǎn)氣速率快,但日產(chǎn)氣量變化大產(chǎn)氣不穩(wěn)定。(2)TS(總固體濃度)為15%時,37℃條件下接種量為40%的實驗組最優(yōu)。TS產(chǎn)氣率達到319.05 L·kg~(-1)TS,平均甲烷含量達到52.9%,TS及VS去除率分別為23.9%和21.5%;52℃條件下接種量為40%最優(yōu),啟動速度快,且峰值產(chǎn)氣量大。隨著接種量的增加發(fā)酵啟動速度加快、總產(chǎn)氣量增加。TS產(chǎn)氣率達到365.15L·kg~(-1)TS,平均產(chǎn)甲烷量達到54.5%,TS及VS去除率分別為25.1%和22.9%。(3)TS為20%時,37℃條件下各實驗組都能夠順利的啟動,其中接種量為40%實驗組在啟動速度及產(chǎn)氣量上優(yōu)于其他組,TS產(chǎn)氣率達到157L·kg~(-1)TS,平均甲烷量達到52.3%,TS及VS去除率分別為17.3%和15.8%;52℃條件下各實驗組都能夠順利的啟動,接種量為40%實驗組最優(yōu),TS產(chǎn)氣率達到286.6L·kg~(-1)TS,平均甲烷量達到52.6%,TS及VS去除率分別為27.6%和31.5%。(4)研發(fā)外置攪拌實驗裝置,將靜態(tài)下產(chǎn)氣最優(yōu)條件應用到動態(tài)發(fā)酵過程中。37℃條件下進料量為18L、接種比為40%,實驗順利啟動沒有出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。從整個累積產(chǎn)氣量來看共產(chǎn)生了648.53L氣體,發(fā)酵從第1天~第43天,產(chǎn)氣量達到總產(chǎn)氣量的93.8%,日均產(chǎn)氣量為11.18L。在整個發(fā)酵過程中甲烷含量超過50%的天數(shù)為26天,占整個發(fā)酵天數(shù)的44.83%,產(chǎn)甲烷總量為342.2L,日均產(chǎn)甲烷量為5.9L,日均產(chǎn)甲烷比例為52.77%,TS產(chǎn)氣率是同樣條件下靜態(tài)發(fā)酵的1.5倍。(5)將外置攪拌規(guī)模化裝置與太陽能相結(jié)合,形成混合干發(fā)酵集中供氣系統(tǒng),并根據(jù)散熱量和進料時物料升溫所需的熱量匹配了相應大小的太陽能集熱器。設計長為600cm、高為260cm、寬為240cm的發(fā)酵裝置一次進料可處理15t有機廢棄物。外部采用15cm保溫層并配有16臺40管的太陽能集熱器進行供熱,在外界溫度達到-7℃條件下可以維持發(fā)酵溫度在37℃。本課題創(chuàng)新點:(1)本文以牛糞和秸稈較為常見的農(nóng)業(yè)廢棄物為原料,研究在高濃度條件下不同溫度、接種量對產(chǎn)氣性能的影響,為進一步提高干發(fā)酵產(chǎn)氣率提供了依據(jù)。(2)研發(fā)了外置攪拌干發(fā)酵反應器,在解決干發(fā)酵的傳質(zhì)傳熱問題同時保證裝置運行系統(tǒng)簡單,并與太陽能相結(jié)合維持發(fā)酵溫度的恒定。
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【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S216.4;S214

【參考文獻】

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本文編號：2276368