柳枝稷的厭氧消化性能與預(yù)處理技術(shù)研究.pdf

1、目前全球的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)依然是以化石能源為主，尋找代替的能源刻不容緩。生物質(zhì)能作為資源最為豐富的可再生能源之一，近年來已經(jīng)被世界各國(guó)學(xué)者所重視。然而，僅憑借常見的有機(jī)廢棄物不足以滿足生物質(zhì)能源發(fā)展的原料需求。因此，能源作物進(jìn)入了大家的視線。我國(guó)有大量的邊際性土地不能開墾為耕地，但可以種植能源作物，去填補(bǔ)生物質(zhì)能源的原料空缺。本課題探究了一種典型的能源作物——柳枝稷的厭氧消化性能，并系統(tǒng)地比較了各種預(yù)處理的處理效果，探究了最佳的厭氧消化操作

2、條件，利用熱解對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的沼渣進(jìn)行了處理并對(duì)能量回收進(jìn)行了評(píng)估。
　　首先，比較了NaOH、KOH、Ca(OH)2、H2O2、HCl、H2SO4和蒸汽爆破7種預(yù)處理方法在厭氧消化性能提升上對(duì)柳枝稷的影響。結(jié)果表明本文選取的所有預(yù)處理方法在室溫(20℃)下均能對(duì)柳枝稷的厭氧消化性能進(jìn)行改善，效果最好的是4％NaOH溶液，累積甲烷產(chǎn)量達(dá)到了197.2mL gvs-1，相比未預(yù)處理的柳枝稷提升了325.61％。此外3％KOH溶液也有很好

3、的處理效果并且對(duì)環(huán)境更為友好。Ca(OH)2和蒸汽爆破預(yù)處理雖然產(chǎn)氣效果提升一般，但能夠明顯縮短厭氧消化遲滯期時(shí)間。
　　其次，根據(jù)上文實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用響應(yīng)面法，系統(tǒng)地研究了3％KOH溶液室溫預(yù)處理的柳枝稷在不同進(jìn)料有機(jī)負(fù)荷、接種比和初始pH值下的厭氧消化產(chǎn)氣性能。進(jìn)料有機(jī)負(fù)荷從3提升到27.3gVS/L會(huì)使甲烷產(chǎn)量提升，隨后稍稍下降。在所選區(qū)間內(nèi)，接種比與甲烷產(chǎn)量之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，接種比0.5為最優(yōu)條件。對(duì)于pH值，從5提升到到

4、9，甲烷產(chǎn)量先上升后下降。響應(yīng)面法模型給出最優(yōu)化條件為進(jìn)料有機(jī)負(fù)荷27.30gVS/L，接種比0.5，初始pH值6.96，在此條件下可以得到299.5mL gvs-1的累計(jì)甲烷產(chǎn)量。
　　最后，結(jié)合上文結(jié)論，本課題在總負(fù)荷為24gVS/L，接種比為1，初始pH值為6.96的反應(yīng)條件下，對(duì)柳枝稷進(jìn)行20、37、55和120℃的3％KOH溶液預(yù)處理研究。厭氧消化結(jié)果顯示120℃處理30min的柳枝稷厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量顯著(P＜0.

5、01)好于其他各組，達(dá)到了288.4mLgvs-1，20、37和55℃的預(yù)處理柳枝稷之間沒有顯著性差異。此外，對(duì)20℃預(yù)處理組別的沼渣進(jìn)行了回收熱解實(shí)驗(yàn)，獲得了422mL gvs-1的熱解氣，即4.43MJ kgvs-1的能量，結(jié)合厭氧消化產(chǎn)甲烷235.5mL gvs-1，獲得8.45MJ kgvs-1能量。因此，厭氧消化與熱解兩個(gè)過程能夠回收柳枝稷中85.3％的能量。
　　未來的生物質(zhì)能源工業(yè)化應(yīng)用中，在邊際性土地種植柳枝稷，并