本文關鍵詞：小球藻高濃度厭氧消化產沼工藝研究

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【摘要】：微藻生物能源是一種優(yōu)良的新能源,研究開發(fā)將固定二氧化碳、利用廢棄物以保護環(huán)境與生產能源物質結合在一起的技術,將光生物反應器養(yǎng)藻與厭氧微生物降解藻生物質再轉化為甲烷燃料構成循環(huán)系統(tǒng)對解決未來社會的能源與環(huán)境問題意義重大。本文研究了廣泛選用的典型微藻小球藻的產甲烷性能,實驗中所用的小球藻每毫升藻液中約含有100億個藻細胞,濃度100g/L(TS10%)左右,其干藻粉中碳元素含量接近50%。高濃度微藻厭氧消化產甲烷潛勢達到0.461m3/kgVSadded,其中沼氣中甲烷含量達到70%。對小球藻基本性質以及厭氧消化產甲烷潛能BMP實驗分析表明,微藻生物質容易被厭氧微生物降解,能夠將有機質(包括微藻油脂、蛋白質、糖類等有機物)充分轉化成甲烷,微藻的產甲烷潛勢比較高。對微藻的水熱處理改性實驗表明:水熱處理能夠提高藻液有機物的溶解率,破壞微藻細胞固相物質;水熱處理后小球藻的葉綠體被破壞,藻液中蛋白質分解,顏色和氣味有明顯的變化;水熱處理對微藻產甲烷潛能沒有顯著影響,但是對于微藻固定二氧化碳產甲烷能源的系統(tǒng)有貢獻,在厭氧消化沼液中的碳源、氮源等營養(yǎng)物質經過熱水解轉移到液相中(有機物溶解率提升達50%),這樣才能被微藻生長繁殖所利用,使得系統(tǒng)具有良好的自持性。最后研究不同負荷率下小球藻厭氧消化產甲烷工藝,使用CSTR反應器(5L)進行了負荷率分別為1.8、2.0、3.0、3.6kgVS/m3d的半連續(xù)實驗,對不同有機負荷率條件下小球藻的產甲烷性能、有機物降解率以及反應器的穩(wěn)定性進行了分析。運行CSTR反應器50d、45d、30d、25d停留時間工況產沼氣分別為0.928、1.149、1.637和2.0m3/m3d,容積產甲烷率達到0.584、0.632、0.948、1.118m3/m3d,反應器運行良好,沼氣中甲烷含量比較高(60%左右),可得到優(yōu)質的燃料。單位有機物(每千克VS)的產甲烷率比較高,在0.30~0.33 m3CH4/kgVSadded,隨著有機負荷提高,VS的降解率下降,分別為61.83%、60.21%、60.17%和59.14%。本實驗構造了微藻的厭氧消化產甲烷系統(tǒng),將高濃度藻液直接厭氧消化,省略了收集步驟,在微藻生物能源的研究中,微藻的收集是耗費大量資金和能量的步驟,使用厭氧消化產甲烷技術,不需要脫水干燥,經濟可行;厭氧消化過程產生的二氧化碳可以回用于微藻的生長繁殖,沼液可以回用作為微藻增殖的營養(yǎng)。
【關鍵詞】：微藻 厭氧消化 新能源 生物甲烷 水熱處理
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-27
• 1.1 研究背景8-11
• 1.1.1 二氧化碳減排與生物質能源開發(fā)8-10
• 1.1.2 微藻生物質能源化方式10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向11-23
• 1.2.1 光生物反應器培養(yǎng)微藻的相關研究11-13
• 1.2.2 微藻生物質能源化相關研究及發(fā)展方向13-23
• 1.3 厭氧消化過程有機物的降解生化反應23-25
• 1.4 本論文研究目的、內容與技術路線25-27
• 1.4.1 研究目的與內容25-26
• 1.4.2 技術路線圖26-27
• 第2章 實驗材料與方法27-36
• 2.1 實驗材料27
• 2.2 實驗方法27-36
• 2.2.1 p H值的測定27-28
• 2.2.2 堿度的測定28-29
• 2.2.3 有機物含量指標TS、VS、SS、VSS29-30
• 2.2.4 沼氣中甲烷濃度的測定30-31
• 2.2.5 化學需氧量31-32
• 2.2.6 揮發(fā)性脂肪酸 (VFA)的測定32-33
• 2.2.7 電鏡33
• 2.2.8 總有機碳TOC和總氮TN33-34
• 2.2.9 小球藻藻種培養(yǎng)基配制34-36
• 第3章 微藻厭氧消化產甲烷批次實驗36-48
• 3.1 本章引論36-37
• 3.2 實驗內容37-39
• 3.3 實驗結果與分析39-46
• 3.3.1 微藻的基本性質指標檢測39-44
• 3.3.2 微藻的厭氧消化產甲烷潛能44-46
• 3.4 本章小結46-48
• 第4章 水熱處理技術對高濃度小球藻改性實驗研究48-60
• 4.1 有機物溶解率分析49-54
• 4.1.1 微藻TS隨水熱處理條件不同的變化規(guī)律49-50
• 4.1.2 微藻VS隨水熱處理條件不同的變化規(guī)律50
• 4.1.3 SS與VSS的溶解規(guī)律50-52
• 4.1.4 VDS的變化規(guī)律52
• 4.1.5 TOC的變化規(guī)律52-53
• 4.1.6 水熱處理過程中氮元素的溶解變化規(guī)律53-54
• 4.2 水熱處理微藻的元素分析與有機組分分析54
• 4.3 微藻形態(tài)的變化54-57
• 4.4 水熱處理對小球藻厭氧消化產甲烷的影響57-59
• 4.5 本章小結59-60
• 第5章 小球藻高濃度厭氧消化產沼工藝運行實驗60-74
• 5.1 本章引論60-63
• 5.2 接種污泥的培養(yǎng)63-64
• 5.3 小球藻與水熱處理小球藻HRT40d條件下半連續(xù)反應器運行實驗64-69
• 5.3.1 反應器的產氣情況64-67
• 5.3.2 小球藻與水熱藻半連續(xù)反應器的有機物降解情況分析67-69
• 5.4 有機負荷率對微藻厭氧消化工藝的影響研究69-72
• 5.4.1 不同有機負荷率下小球藻厭氧消化產沼氣情況69-70
• 5.4.2 不同有機負荷率下小球藻有機物厭氧降解率分析70-71
• 5.4.3 工藝運行的穩(wěn)定性情況分析71-72
• 5.5 本章小結72-74
• 第6章 結論與建議74-76
• 6.1 結論74
• 6.2 建議74-76
• 參考文獻76-81
• 致謝81-83
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果83

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本文編號：666386