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《北京化工大学》 2018年
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基于玉米秸秆为原料的特大型CSTR沼气工程启动与运行研究

霍明志  
【摘要】:环境污染和清洁能源危机已经成为限制我国经济快速发展的主要障碍之一,我国是农业大国,农作物类生物质资源丰富,据统计年产量约7.5亿吨,可收集并被厌氧转化为沼气的量约1.4亿吨左右,可产生生物天然气210亿m3,约占2017年全国天然气消耗量的9.1%。再加上养殖粪污、城市污泥、餐厨垃圾、工业有机废弃物等,可被利用并生产为沼气或生物天然气的资源量巨大。近十年来,中央投资400多亿人民币支持沼气工程建设,但许多沼气工程启动速度慢、原料利用率低等问题限制了该产业的快速发展。本文研究了以玉米秸秆为原料特大型CSTR沼气工程的启动与运行。主要得到以下结论:1.以沼液、牛粪和污泥为接种物,采用浓度梯度法和连续膨胀法,研究如何快速启动厌氧发酵系统。结果表明,在接种量为10 gTS·L-1的条件下,浓度梯度法和连续膨胀法都可实现厌氧消化系统的启动,但浓度梯度法优于连续膨胀法,不仅可以避免酸化现象,而且更节省时间。采用沼液和牛粪为混合接种物优于单纯沼液、牛粪和污泥,在有机负荷为80gTS·L-1时,容积产气率比其他接种物启动的反应器提高4.5%-16.3%,而且系统稳定较强。2.利用浓度梯度法启动特大型CSTR沼气工程。结果表明,该方式方式更适合特大型CSTR沼气工程的启动,启动过程厌氧消化系统较稳定且安全可靠,启动时接种物越多、启动越快。3.对以玉米秸秆为原料,研究特大型CSTR沼气工程运行过程。结果表明,在月平均OLR为0.38-2.78KgTS·(m3·d)-1的条件下,厌氧发酵系统稳定性良好,月平均pH值在7.1-7.4范围之间、月平均甲烷含量在50.7%-55.6%范围之间,氨氮和碱度均在合理阈值范围内。对所有运行指标进行Spearman相关性分析得知,TS浓度和pH越高、甲烷含量越高;TS浓度越高氨氮越容易积累、同时碱度也越高、系统缓冲能力也越强。当 OLR 为 2.78KgTS·(m3·d)-1、TS 浓度为 12%、HRT 为 43d 时,厌氧发酵性能良好,此时发酵罐内pH为7.2、容积产气率为1.03m3·(m3·d)-1、甲烷含量为52.5%、单位TS产沼气率为411 m3·t-1TS、单位TS产甲烷率为 216m3·t-1TS。4.对以玉米秸秆为原料,运行稳定的特大型CSTR沼气工程进行了微生物高通量测序。结果表明,门类水平的优势细菌分别为:绿弯菌门、厚壁菌门和拟杆菌门,优势古细菌为:广古菌门和泉古菌门。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X712;S216.4

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