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微量金属元素对提高沼气产量的研究

作　者: 陈晋波
导　师: 李敬龙
学　校: 山东轻工业学院
专　业: 轻工技术与工程
关键词: 微量金属元素沼气产气量
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

沼气厌氧发酵过程是一个由多种微生物结合,交替相互作用的复杂生物反应过程。正是因为在发酵的复杂过程中,产甲烷菌和不产甲烷细菌互相之间制约,又相互依赖,最终处于一种动态平衡状态,达到和谐统一,使之稳定增长。产甲烷菌是沼气发酵中最重要的微生物之一,同时也是自然界碳素循环中厌氧生物链的最后一个成员。这对于有效地控制沼气发酵过程,了解发酵进行阶段,优化发酵条件,提高产沼气效率,具有极其重要的意义。微生物只有满足一定的营养条件,才能正常的生长、繁殖以及完成各种生理活动的需要。它们的作用可概括为形成自身的物质结构、提供能量和调节代谢等三个主要的作用。微生物所需要的基本营养物质有六大类要素,即水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。本文以提高沼气产量为目的,通过添加微量的金属元素来提高微生物的活性,并以此开展了以下几个方面的研究工作:第一:以玉米为原料生产酒精后的废糟液为培养微生物的物质条件,在培养基中添加不同的微量金属元素,来提高甲烷菌沼气的产气量。通过大量的平行实验确定了微量金属元素组合为六水合氯化镍,四水合氯化亚铁,六水合氯化钴。并通过正交实验确定了三种微量金属盐的添加量,分别为200ug/L·d,1000ug/L·d,100ug/L·d。第二:以醋酸原料为基质进行厌氧性发酵实验,对连续性厌氧发酵和间歇性厌氧发酵的甲烷菌沼气气量进行了大量的实验,对上述的实验结果进行验证。实验结果表明:连续式厌氧发酵技术比不连续式厌氧发酵技术的产气增长率要高69%以上。因此,就以连续性厌氧发酵为实验基础,添加微量金属盐对其进行单因素实验,并以单因素实验结果为基础设计了正交实验,确定了以醋酸基质的连续性厌氧发酵工艺,得出微量金属盐的最佳添加量分别为六水合氯化镍:400ug/L·d,四水合氯化亚铁:3000ug/L·d,六水合氯化钴:150ug/L·d,通过此方案可使甲烷菌产沼气率高达96%。第三:在企业中进行中试生产实验,对膨胀颗粒污泥床反应器和上流式污泥床反应器进行了实验比较,并对膨胀颗粒污泥床反应器内的各种指标做了检测。实验结果表明,添加微量金属盐进行实验后,两种反应器的沼气产气量都有所增加,并且产气量增长率也都有很大提高。但膨胀颗粒污泥床反应器和上流式污泥床反应器相比较而言,膨胀颗粒污泥床反应器的沼气产气量更大一些,产气增长率可达19.74%。这表明:膨胀颗粒污泥床反应器更适合对玉米酒精糟液进行处理。可见,通过添加这些微量金属元素,可以大幅度的提高糟液的处理量,同时可多产沼气,从而提高沼气产率。本文的创新点:根据企业中玉米酒精废水的特性以及处理的需要,从菌种的营养角度考虑,选择合适的微量金属元素的种类组合,增强菌种有效活性,提高厌氧消化过程沼气的产量,并且也可以有效提高化学需氧量去除率,降低其化学需氧量值,做到排污减排的目的。

全文目录

摘要  9-11
ABSTRACT  11-13
第1章绪论  13-23
  1.1 引言  13
  1.2 沼气发现的历史经过  13-16
    1.2.1 厌氧发酵技术生产沼气的概述  14-16
      1.2.1.1 简述我国微生物厌氧发酵产沼气的历史  15
      1.2.1.2 综述国外微生物厌氧发酵产沼气历史现状  15-16
  1.3 沼气简介  16-18
    1.3.1 沼气成分以及含量  16
    1.3.2 沼气发酵过程三阶段理论的阐述  16-17
    1.3.3 沼气发酵过程中微生物所需要的生活条件  17-18
      1.3.3.1 适宜的发酵温度  17
      1.3.3.2 绝对的厌氧发酵条件  17
      1.3.3.3 适宜发酵料液的浓度  17-18
      1.3.3.4 料液的最佳pH 值  18
      1.3.3.5 发酵料液中的添加剂和抑制剂  18
      1.3.3.6 发酵料液中C、N、P 的比例  18
      1.3.3.7 发酵料液中的接种物  18
  1.4 产甲烷菌的概述  18-20
    1.4.1 产甲烷菌的发展历史  18-19
    1.4.2 产甲烷菌微生物学特性  19
    1.4.3 影响甲烷菌产气率的影响因素  19-20
      1.4.3.1 SO_4~(2+)对甲烷菌产气率的影响  19-20
      1.4.3.2 金属元素对甲烷菌产气率的影响  20
      1.4.3.3 氧化还原电位对甲烷菌产气率的影响  20
    1.4.4 产甲烷菌对环境的适应性  20
  1.5 膨胀颗粒污泥床反应器简介及应用前景  20-21
  1.6 研究产甲烷菌的意义  21-22
  1.7 论文选题目的以及主要研究内容  22-23
    1.7.1 论文选题的目的  22
    1.7.2 论文主要的研究内容  22-23
第2章酒精废水中添加微量金属元素对沼气产量的研究  23-33
  2.1 引言  23
  2.2 实验材料与仪器设备  23-26
    2.2.1 实验原料  23-24
    2.2.2 实验所需主要试剂  24-25
    2.2.3 主要仪器与设备  25
    2.2.4 菌种  25
    2.2.5 培养基  25-26
  2.3 实验方法与步骤  26-28
    2.3.1 实验指标的测定  26-27
      2.3.1.1 化学需氧量的测定  26
      2.3.1.2 挥发性脂肪酸测定  26-27
    2.3.2 菌种的前期驯化处理  27
    2.3.3 微量金属元素添加种类的确定  27-28
  2.4 实验结果与讨论  28-33
    2.4.1 微量金属元素最佳组合种类的确定  28-29
    2.4.2 最佳金属元素组合中各成分的最适添加量  29-33
第3章醋酸基质中添加金属元素对沼气产气量的影响  33-45
  3.1 引言  33
  3.2 实验材料与仪器  33
    3.2.1 主要试剂  33
    3.2.2 主要仪器及设备  33
    3.2.3 实验所用菌种  33
  3.3 实验方法及步骤  33-34
    3.3.1 连续式厌氧发酵添加复合微量营养元素实验  33
    3.3.2 间歇式厌氧发酵添加复合微量营养元素实验  33-34
  3.4 实验结果与讨论  34-45
    3.4.1 微量金属盐种类和含量  34
    3.4.2 采用连续式发酵技术添加微量金属营养元素实验结果  34-36
    3.4.3 采用间歇式发酵添加微量金属金属盐实验结果  36-37
    3.4.4 铁、钴、镍三种金属盐单因素平行实验  37-42
    3.4.5 三种微量金属盐的最佳添加量的确定  42-45
第4章厌氧颗粒膨胀污泥床与上流式污泥床反应器处理酒精废糟液效果比较  45-53
  4.1 引言  45
  4.2 实验材料和仪器  45-46
    4.2.1 实验原料  45
    4.2.2 菌种  45
    4.2.3 主要试剂  45-46
    4.2.4 微量金属盐的浓度  46
  4.3 实验步骤及测定方法  46-49
    4.3.1 厌氧颗粒膨胀污泥床反应器  46-47
    4.3.2 上流式厌氧污泥床反应器  47
    4.3.3 发酵中碱度的测定  47
    4.3.4 污泥沉降比和污泥容积指数的测定  47-48
    4.3.5 混合液中总的悬浮固体浓度和可挥发性的悬浮固体浓度的测定  48
    4.3.6 污泥泥龄  48
    4.3.7 污泥负荷和容积负荷的测定  48-49
  4.4 实验结果与讨论  49-53
    4.4.1 厌氧颗粒膨胀污泥床与上流式污泥床反应器的沼气产气量和化学需氧量去除量的测定结果  49
    4.4.2 厌氧颗粒膨胀污泥床反应器内指标检测  49-53
      4.4.2.1 厌氧颗粒膨胀污泥的形成  49-50
      4.4.2.2 厌氧颗粒膨胀污泥反应器内污泥量的变化  50
      4.4.2.3 反应器内化学需氧量容积负荷和化学需氧量去除率的变化  50-52
      4.4.2.4 悬浮固体的影响  52
      4.4.2.5 厌氧颗粒膨胀污泥床反应器内酸碱度  52-53
第5章结论与前景展望  53-57
  5.1 实验结论  53-54
    5.1.1 酒精废水中添加微量金属元素对沼气产量的研究实验  53
    5.1.2 醋酸基质中添加金属元素对甲烷菌产气率的影响实验  53-54
    5.1.3 厌氧颗粒膨胀污泥床反应器与上流式污泥床反应器处理酒精废糟液效果比较实验  54
    5.1.4 结论  54
  5.2 前景展望  54-57
参考文献  57-61
致谢  61-63
在学期间主要科研成果  63
  一、在学期间发表的论文  63

微量金属元素对提高沼气产量的研究

内容摘要

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