户用秸秆沼气系统优化与发酵工艺研究

【摘要】：为优化农村能源结构,改善农村环境卫生,发展循环农业,推动社会主义新农村建设,近年来,中国相继启动和实施了“生态家园富民计划”和农村沼气国债建设项目,大力发展农村沼气建设。目前建设的农村户用沼气主要采用畜禽粪便作为发酵原料,原料结构单一,随着农村分散养殖的减少而普遍存在着原料不足的问题,无法充分发挥沼气建设的功效,制约了农村沼气建设的进一步发展。同时,农村地区每年都有大量的农作物秸秆因无法得到有效利用而被丢弃、焚烧,既浪费了资源,又污染了环境。针对上述问题,提出发展户用秸秆沼气,扩大农村户用沼气的原料来源,解决原料不足的问题,以实现能源回收、资源循环、环境保护的综合效益,巩固发展沼气建设成果。本研究针对农村户用沼气的使用要求,在现有发展成果的基础上对户用秸秆沼气系统进行优化,并对主要发酵工艺进行试验研究,为户用秸秆沼气建设提供参考依据。研究内容及成果主要包括一下几个方面: 1.对杨凌周边地区6个户用沼气项目村进行了实地调研,掌握了户用沼气普遍存在原料不足的实际情况和相关设计背景资料。以旋动式沼气池为基础对户用秸秆沼气系统进行优化研究,确定了主要装置的相关结构及尺寸; 2.对系统进行了合理布局,在实现功能的基础上尽可能满足了用户日常使用需求。通过沼气池与厕所的统一设计,采用潜水排污泵作为动力,实现了沼液循环冲厕和回流搅拌; 3.对沼气池的外墙采用30mm厚的苯板进行保温处理,并采用太阳能热水器作为热源对沼气系统进行加热,通过对沼气池能能量平衡进行分析和计算,可以得到杨凌地区满足一口8m~3沼气池加热所需要的热量,进而计算出4m~2的集热面积可满足8m~3沼气系统的加热需求; 5.研究了4种不同预处理方法对粉碎后的小麦秸秆在在35℃条件下厌氧发酵特性的影响,结果表明:6%的NaOH的碱处理试验组效果最佳,可有效提高产气速率和甲烷含量,最佳处理时间为2d;5%的尿素的氨化试验组效果一般,能取得较高的总产气量和甲烷含量,但发酵时间较长,日均产气量较低;沼液润湿和浸泡处理效果较好,虽然总产气量有所减少,但具有启动快、产气速率高、产气稳定等特点,且沼液浸泡处理优于沼液润湿处理。 6.在30℃小条件下,研究了不同料液浓度及物料配比对麦秸秆和红薯藤叶混合发酵特性的影响,能取得良好的产气效果,产气量相比纯小麦秸秆发酵明显提高,甲烷含量较高而且稳定。在30℃小条件下,小麦秸秆和红薯藤叶混合发酵的最佳工艺条件是:TS=8%,薯藤/麦秸为3.5:1,HRT=42d,在此条件下进行沼气生产可取得好的产气效果。 【关键词】：户用秸秆沼气 系统优化 发酵工艺
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 研究导论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 中国户用秸秆沼气发展概况13-14
• 1.3 国内外沼气研究进展14-16
• 1.4 户用沼气现状调研16-18
• 1.5 研究内容18-19
• 1.6 技术路线19-20
• 第二章 户用秸秆沼气系统优化20-33
• 2.1 户用秸秆沼气系统的构建20-21
• 2.2 厌氧发酵子系统优化21-25
• 2.4 沼液冲厕子系统优化25-27
• 2.5 太阳能加热子系统优化27-31
• 2.6 优化户用沼气系统应用31-32
• 2.7 小结与讨论32-33
• 第三章 小麦秸秆厌氧发酵预处理工艺研究33-49
• 3.1 试验材料33-34
• 3.1.1 发酵原料33
• 3.1.2 试验装置33-34
• 3.2 试验方法34-35
• 3.2.1 料液配置34-35
• 3.2.2 参数检测35
• 3.3 结果分析35-47
• 3.3.1 尿素处理35-38
• 3.3.2 NaOH 处理38-41
• 3.3.3 沼液润湿处理41-44
• 3.3.4 沼液浸泡处理44-47
• 3.4 小结与讨论47-49
• 第四章 小麦秸秆与红薯藤叶混合厌氧发酵工艺研究49-62
• 4.1 试验材料49
• 4.1.1 发酵原料49
• 4.1.2 试验装置49
• 4.2 试验方法49-50
• 4.2.1 实验设计49
• 4.2.2 参数检测49-50
• 4.3 结果分析50-61
• 4.3.1 料液浓度6%试验组结果分析50-54
• 4.3.2 料液浓度8%试验组结果分析54-57
• 4.3.3 料液浓度10%试验组结果分析57-60
• 4.3.4 产气综合分析60-61
• 4.4 小结与讨论61-62
• 第五章 结论与讨论62-64
• 5.1 结论62
• 5.2 讨论62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 作者简介68

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