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废弃物微藻厌氧消化产氢气和甲烷的优化研究原林虎;原雨桐【摘要】本文探究了影响微藻厌氧消化的因素(有机负荷、酶预处理、温度)并优化了工艺参数.结果表明:微藻生物质的最佳有机负荷为10.0 g/L,相应的氢气最大产量为18.8 mL/g(以单位挥发性有机质计算),挥发性脂肪酸最大产量为789 mg/L.蛋白酶预处理能够强化微藻水解酸化,且蛋白酶最佳剂量为1.0 g/L,氢气最大产量为20.5 mL/g,pH最低值为5.4.最后在产甲烷相中优化微藻厌氧消化的温度,35℃是产甲烷相最佳温度,甲烷的最大产量为238.9 mL/g,高温环境产生的过程产物反馈抑制了产甲烷菌的活性从而导致甲烷产量下降.【期刊名称】《工业安全与环保》【年(卷),期】2018(044)011【总页数】4页(P80-83)【关键词】微藻;两段式发酵;水解;酸化;氢气【作者】原林虎;原雨桐【作者单位】太原城市职业技术学院城建系太原030027;上海应用技术大学鲁班书院上海201418【正文语种】中文0 引言微藻含有丰富的有机质(碳水化合物4%～57%，蛋白质8%～71%和脂类2%～40%)，是厌氧消化产氢气和甲烷的理想原料[1]。
然而在实际工程中多种因素共同作用导致微藻厌氧消化获取的氢气和甲烷远低于理论计算值[2]。
近年来，应用两相厌氧消化系统处理生物质废物受到广泛关注，两段式厌氧消化将水解酸化相和产甲烷相分离开，从而控制每个阶段中微生物处于优势动态[3]；此外，与单一相消化系统相比还解除了挥发性脂肪酸(VFA)迅速积累或过度酸化引起的pH值下降而导致产甲烷过程终止的现象[4]。
因此，生物质两段式厌氧消化产氢气和甲烷得到越来越多的研究。
生物质厌氧消化制取甲烷主要包含4个连续的生化过程：水解、酸化、同型产乙酸和甲烷化[5]。
在水解过程中，难降解的有机物在特定功能的转性厌氧或兼性厌氧微生物分泌水解酶的作用下水解为溶解性或大分子有机物。
水解过程是有机物厌氧消化的限速步骤，预处理常用于提高有机物的水解速率[6]。
混合物料协同厌氧消化产甲烷性能研究混合物料协同厌氧消化产甲烷性能研究厌氧消化产沼气是实现农业废弃物资源化有效利用和解决环境污染与能源危机问题的重要途径。
规模化沼气工程需要稳定的原料供应和高效稳定的产气,但单一原料厌氧发酵存在营养不均衡、供给量难于满足大型沼气工程需求等问题。
混合物料协同厌氧消化有助于实现发酵底物营养均衡,并提高产甲烷性能。
为确定混合物料对厌氧消化产甲烷性能的协同作用,本文在中温(37±1)℃、固体质量分数为12%时,实验分别研究了不同比例牛粪和番茄茎叶混合厌氧消化过程,不同比例牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合后的厌氧消化过程,分析了原料配比对厌氧消化产甲烷性能和系统稳定性能的影响,确定了物料最佳混合比例和协同效应,最后应用修正的Gompertz方程分析了甲烷生产的动力学过程。
本文的主要研究结论如下:(1)原料混合比例显著影响了厌氧发酵产甲烷速率和系统稳定性。
当底物中牛粪含量占较高比例时,系统缓冲能力强,产甲烷速率迅速上升;当番茄茎叶含量较高时,系统缓冲能力下降,产甲烷速率明显降低,延迟了甲烷生产的高峰期。
牛粪与番茄茎叶VS比例为3:1时甲烷产量和累计甲烷产量最高,分别为224.23m L/g VS和14352m L。
牛粪和番茄茎叶混合厌氧消化甲烷产量协同效应范围为-9.97%~34.19%,牛粪与番茄茎叶VS比例为1:3时,产甲烷过程出现了拮抗现象,甲烷产量降低了9.97%。
修正的Gompertz模型能够较好的模拟牛粪与番茄茎叶厌氧消化累计产甲烷过程,拟合系数R2在0.9855~0.9989之间。
牛粪与番茄茎叶VS配比为3:1时,延滞时间λ最短,最大产甲烷速率Rm最高,分别为4.51 d和9.26 m L/(d·g)。
(2)一定比例的牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合厌氧发酵产甲烷效果优于单一原料以及两种原料混合的发酵效果。
三种物料混合发酵均衡了营养成分,促进了产甲烷过程,混合厌氧消化性能指数范围为1.33~1.92,贡献效果显著(P<0.05)。
摘要摘要生物质气化是利用空气，水蒸气等气化剂，在气化炉内高温条件下将生物质燃料转化为一氧化碳，氢气和甲烷等可燃气体的过程，是一种高效清洁的生物质能利用技术。
生物质气化过程中，热解作为气化过程的必经阶段，对气化结果起着至关重要的作用。
本文将木质纤维素生物质分为软木，硬木和草本植物三类，通过将其实际热解产物产率与三组分叠加得出的产物产率做比，引入温度变量，考虑了生物质三组分之间的交互作用，得到热解产物修正系数。
利用该修正系数修正基于元素平衡法的生物质热解模型，得出生物质热解阶段产物产率分布。
应用Aspen Plus软件建立上吸式固定床生物质气化反应动力学模型，热解阶段产物产率分布由本文热解模型得出，氧化还原阶段采用输入准确动力学参数的全混釜反应器（RCSTR）表示，将模拟结果与实验数据对比，以验证模型的准确性。
进而利用本文建立的生物质气化模型，研究了不同种类生物质原料对气化结果的影响；对气化温度，空气通入量和空气入口温度进行灵敏度分析，研究这三种变量对气化产气结果的影响。
结果表明，本文修正后热解模型计算值相较于原模型更接近实验数据；应用Aspen Plus软件建立的气化模型模拟值与实验数据对比，误差在5%以内，说明建立的模型具有一定的适应性。
对软木，硬木和草本植物三类生物质进行气化分析，软木和硬木两类生物质各气化产物体积分数相近，草本植物与之相差较多；在给定气化条件下对气化温度进行灵敏度分析，当气化温度小于1100K时，气化效率随气化温度的升高增长迅速，当气化温度大于1100K时，气化效率随气化温度的升高增长缓慢，最佳气化温度在1100K左右；产气热值随当量比的增加先增大，后减小，在当量比为0.4左右取得最大值，最佳当量比为0.4左右；产气热值随空气入口温度的增加小幅度增长，提高空气入口温度可以略微增加气化产气热值。
关键词生物质气化；热解；气化剂；Aspen Plus；模拟AbstractAbstractBiomass gasification is a process that uses air,water vapor and other gasifying agents to convert biomass fuel into carbon monoxide,hydrogen and methane under high temperature conditions in the gasifier.It is an efficient and clean biomass energy utilization technology.In the process of biomass gasification,pyrolysis,as a necessary stage of the gasification process,plays a vital role in the gasification results.In this paper, lignocellulosic biomass is divided into three categories:softwood,hardwood and herbaceous plants.By comparing the actual pyrolysis product yield with the product yield obtained by superposing the three components,the temperature variables are introduced and the interaction between the three components of biomass is considered,get the pyrolysis product correction ing this correction coefficient to modify the biomass pyrolysis model based on the element equilibrium method,the product yield distribution of the biomass pyrolysis stage was obtained.Aspen Plus software was used to establish a kinetic model of biomass gasification reaction in a fixed suction bed.The product yield distribution in the pyrolysis stage was derived from the pyrolysis model in this paper.The redox stage is represented by a full-mix reactor(RCSTR)with accurate kinetic parameters,then the simulation results are compared with experimental data to verify the accuracy of the model.Furthermore,using the biomass gasification model established in this paper,the effect of different biomass raw materials on the gasification results was studied;Sensitivity analysis of gasification temperature,air flux and air inlet temperature was conducted to study the effects of these three variables on gasification gas production results.The results show that the calculated value of the modified pyrolysis model in this paper is closer to the experimental data than the original model;the simulation value of the gasification model established with Aspen Plus software is compared with the experimental data,and the error is within5%,indicating that the model established has a certain adaptability.Gasification analysis of three types of biomass:softwood,hardwood, and herbaceous plants.The volume fractions of gasification products of softwood and hardwood biomass are similar,and there are many differences between herbaceous plants. The gasification temperature under a given gasification condition for sensitivity analysis, when the gasification temperature is less than1100K,the gasification efficiency increases河北科技大学硕士学位论文temperature is greater than1100K,the gasification efficiency increases slowly with the increase of the gasification temperature,and the optimal gasification temperature is about 1100K;the calorific value of gas production first increases and then decreases with the increase of the equivalent ratio,and the maximum value is obtained at the equivalent ratio of about0.4,and the optimal equivalent ratio is about0.4;The heat value of gas production increases slightly with the increase of air inlet temperature.Increasing the air inlet temperature can slightly increase the heat value of gasification.Key words Biomass gasification;Pyrolysis;Gasification agent;Aspen Plus;Simulation目录目录摘要 (I)Abstract (III)第1章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2生物质气化技术概况 (2)1.2.1生物质气化原理 (2)1.2.2生物质气化设备 (3)1.2.3生物质气化过程基本参数 (5)1.3国内外研究现状 (7)1.3.1生物质热解模型的国内外研究现状 (7)1.3.2生物质气化模型的国内外研究现状 (8)1.4生物质气化模型 (9)1.4.1热力学平衡模型 (9)1.4.2动力学模型 (9)1.4.3焦油模型 (9)1.5本文研究内容和研究方法 (10)1.5.1本文研究内容 (10)1.5.2本文研究方法 (10)第2章生物质热解模型的建立 (13)2.1典型生物质热解气体产率拟合 (13)2.2生物质三组分热解数据的拟合和叠加 (16)2.2.1纤维素热解机理和数据拟合 (16)2.2.2半纤维素热解机理和数据拟合 (18)2.2.3木质素热解机理和数据拟合 (19)2.2.4生物质热解三组分数据叠加公式 (21)2.3基于元素平衡法的热解模型修正 (22)2.4模型验证 (24)2.5本章小结 (25)第3章生物质气化模块选用及其动力学参数 (27)3.1Aspen Plus软件 (27)3.1.1Aspen Plus软件应用 (27)河北科技大学硕士学位论文3.2生物质气化模块的选择和功能 (28)3.2.1产率反应器（RYield） (29)3.2.2化学计量反应器（RStoic） (29)3.2.3全混釜反应器（RCSTR） (30)3.2.4组分分离器（Sep） (31)3.2.5混合器（Mixer） (32)3.2.6加热器/冷却器（Heater） (32)3.3生物质气化反应动力学 (33)3.3.1气-固非均相反应 (33)3.3.2气-气均相反应 (35)3.4本章小结 (36)第4章生物质气化反应模型的建立和验证 (37)4.1模型假设 (37)4.2上吸式固定床生物质气化流程 (37)4.3上吸式固定床生物质气化过程模拟 (38)4.3.1常规组分，常规固体组分与非常规组分 (38)4.3.2物性方法 (39)4.3.3气化流程的建立 (40)4.3.4热解部分的说明 (40)4.3.5氧化还原部分的说明 (41)4.4生物质气化模型的验证 (41)4.5本章小结 (42)第5章生物质气化影响因素分析 (45)5.1不同种类生物质的气化产气分析 (45)5.1.1生物质原料的选取 (45)5.1.2模拟参数设定 (45)5.1.3气化结果及分析 (46)5.2气化温度对气化结果的影响 (47)5.2.1气化温度的设定 (47)5.2.2生物质原料 (47)5.2.3模拟参数的设定 (48)5.2.4气化温度对产气结果的影响 (48)5.3当量比对产气热值的影响 (51)目录5.3.2生物质原料 (51)5.3.3模拟参数的设定 (52)5.3.4当量比对产气结果的影响 (52)5.4空气入口温度对产气热值的影响 (53)5.4.1空气入口温度的设定 (54)5.4.2生物质原料 (54)5.4.3模拟参数的设定 (54)5.4.4空气入口温度对产气结果的影响 (54)5.5本章小结 (56)结论 (57)参考文献 (59)攻读硕士学位期间研究成果 (63)致谢 (65)第1章绪论第1章绪论1.1研究背景目前，全球面临能源匮乏，环境污染严重的巨大压力。
79餐厨垃圾高效厌氧消化稳定产气研究文_李杰伟 高仁富 罗宇 东江环保股份有限公司摘要：厌氧消化是餐厨垃圾产业化处理的主流方式，厌氧系统单位体积有机负荷和单位体积产气率是评价厌氧系统产业化能力的重要指标。
实验研究了搅拌频率、物料投加方式和不同单位体积有机负荷情况下厌氧系统的产气情况。
结果表明，在选择连续式投加物料情况下，维持60min/3hrs搅拌频率和2.8kg TVS/(m3.d)单位体积有机负荷水平，全混合厌氧消化系统可以获得稳定的高产气率，达到（2.69±0.03）m3/(m3.d)，甲烷体积分数（65.2±1.3）%。
关键词：餐厨垃圾；有机负荷；厌氧消化Study on High Efficiency Anaerobic Digestion and High Biogas Production Rate of Food W asteLI Jie-wei GAO Ren-fu LUO Yu[ Abstract ] Anaerobic digestion is the main treatment mode of food waste, and organic loading rate and biogas production rate are the main indexes that estimate the anaerobic digestion system function of food waste. The study on factors that effects biogas production rate and anaerobic digestion system stability of food waste shows that system acquires （2.69±0.03）m³/（m³.d）biogas production rate with （65.2±1.3）%（V/V）methane steadily, maintaining 2.8 kg TVS/（m³.d）and 60mins/3hrs and continuous feeding.[ Key words ] food waste; organic loading rate; anaerobic digestion据统计，目前我国每年产生的餐厨垃圾量超过6000万吨。
厌氧消化过程污泥产气能力提高实验参数设计优化在厌氧消化过程中，提高污泥产气能力是一个重要的研究方向。
为了实现产气能力的提高，需要进行实验参数的设计与优化。
本文将针对厌氧消化过程中污泥产气能力提高的实验参数设计进行探讨，并提出优化方案。
首先，为了设计合理的实验参数，我们需要考虑以下几个关键因素：1. 温度：温度是影响厌氧消化过程的关键参数之一。
一般情况下，较高的温度可以促进污泥中微生物的活动，从而提高产气能力。
因此，在实验中可以设置不同的温度条件，比较不同温度下的产气情况。
常见的实验温度范围为35-55摄氏度，可以根据实际情况进行调整。
2. 搅拌速率：搅拌速率是另一个影响产气能力的重要参数。
适当的搅拌可以提高污泥中的物质传递速率，促进微生物与底物的接触，从而提高产气效率。
在实验中，可以设置不同的搅拌速率条件，比较不同速率下的产气情况。
一般来说，搅拌速率可以在30-60转/分钟之间进行调整。
3. 底物浓度：底物浓度是影响产气能力的另一个重要因素。
较高的底物浓度可以提供更多的底物供微生物利用，从而增加产气量。
在实验中，可以设置不同的底物浓度条件，比较不同浓度下的产气情况。
一般来说，底物浓度可以在2-6g/L之间进行调整。
4. pH值：pH值对于厌氧消化过程中微生物活性和产气能力有一定影响。
一般情况下，pH值在6-8之间较为适宜。
在实验中，可以设置不同的pH值条件，比较不同pH值下的产气情况。
接下来，我们可以针对以上参数进行优化设计，以提高厌氧消化过程中污泥产气能力。
1. 温度优化：通过比较不同温度下的产气情况，可以确定最佳温度条件。
在实验中，可以逐渐增加温度，观察并记录不同温度下的产气量变化情况。
最终确定最适宜的温度范围，从而提高产气能力。
2. 搅拌速率优化：通过比较不同搅拌速率下的产气情况，可以确定最佳搅拌速率条件。
在实验中，可以逐渐增加搅拌速率，观察并记录不同速率下的产气量变化情况。
最终确定最适宜的搅拌速率范围，从而提高产气能力。
生物质废弃物厌氧发酵的研究进展摘要：生物质废弃物是现在进行环境保护工作过程中所需要重点进行处理的废弃物，如果不能够妥善处理，则会导致十分严重的后果，文章分析相关研究进展。
关键字：生物质；废弃物处理；厌氧发酵1前言生物质包含了全体的动物植物微生物，相比较于传统的活化石而言有着更好的可再生性，能够用做资源。
在用作资源的过程中需要经过厌氧发酵的过程，文章就此进行分析。
2厌氧发酵在生物质发酵的应用厌氧发酵技术是生物质废弃物实现资源化利用的有效途径之一。
生物质厌氧发酵是在厌氧细菌的同化作用下，有效地把生物质中的有机质转化，最后生成具有经济价值的甲烷及部分二氧化碳，即可作为燃烧及发电使用，且沼渣可以作为动物饲料或土地肥料，沼液还可以作为农作物的营养液。
笔者综述现阶段利用生物质废弃物资源厌氧发酵的研究成果，以及利用预处理、不同生物质混合发酵和添加外源催化剂等手段来强化生物质厌氧发酵的进展。
农作物、油料作物、农业有机剩余物、林木和森林工业残余物等生物质资源通常都能提供能源。
一些生物质废弃物资源，如动物的排泄物、江河湖泊的沉积物、农副产品加工后的有机废物和废水、城市生活有机废水和有机垃圾等也可通过厌氧发酵等一些方式提供能源，依据来源的不同可将其分为：农业生物质资源、林业生物质资源、畜禽粪便、生活污水和工业有机废水、城市固体有机废弃物等几类。
不同生物质废弃物具有不同的厌氧发酵产气潜力。
玉米秸秆、麦秆、花生秧、菌渣和花卉秸秆等农业废弃物是较好的生物质资源。
刘亮等采用花生秧作为发酵底物进行厌氧发酵，产沼率达367．62mL•g－1TS（总固体含量）。
石勇等用小麦秸秆和红薯藤叶混合厌氧发酵，当碳氮比为25∶1时产气效果最佳，产气量为317．88mL•g－1TS。
程辉彩等用平菇菌糠作厌氧发酵，优化厌氧发酵条件后，产气率提高了103．7%。
姚利［23］等把鸡腿菇菌渣经过适当的处理可实现高效发酵产沼气，原料产气率可达133mL•g－1TS。
