厌氧发酵原理及其工艺.pdfVIP

厌氧发酵原理及其工艺

厌氧发酵原理及其工艺

1.4实验研究目的，技术路线

我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型

项

目的运行经验相对较少。由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资

源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平

均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一

的设计参数标准。对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作

物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理

工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电

机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和

社会效益。

根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物

制

备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学

性质和产

气率,提出合理估算农作物（主要是黄瓜藤）和粒径的方法,为项目

实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。

为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面:

（1）研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗

提供计算方法。

（2）研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影

响。

（3）不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响；为了厌

氧发酵反应的持续反应，同时还研究不同投配率对于pH值的影响。

1.5论文章节安排

本论文共包括六章内容。

第一章介绍课题的研究背景，国内能源消费和可再生能源利用现

状，以及课题的主要研究内容和意义。

第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。

第三章阐述农作物的破碎原理，从中说明粒度与能耗间的关系，

并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。

第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究，确定实验的

数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项，防止实验失败。

第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行

厌氧消化反应实验，研究系统的稳定性能和产气性能。

第六章作出对课题的总结和展望，总结本课题的研究成果，并提

出不足之处和以后还需进一步研究的方向。

第二章厌氧发酵原理及其工艺

农作物作为发酵原料，用来制备沼气是生物质厌氧发酵的一种。

如本文第一章所述,生物质发酵根据发酵过程中是否存在氧气,可分为好

氧发酵和厌氧发酵。好氧发酵的主产品是有机肥,厌氧发酵的主产品可

以是有机肥或沼气。如果生物质厌氧发酵的主产品是沼气,则称为生物

质发酵制备沼气。

2.1有机物厌氧降解基本过程

厌氧处理过程是由多种微生物共同作用完成的,微生物将有机大分

子化

合物通过转化成了CH

4、C0

2

、H

2

O、H

2

S和氨等物质。在厌氧发酵过程中,微生物

相互间影响、相互间约束，微生物之间共同组成一个生态系统。

从上世纪70年代中起,研究者们就对厌氧消化技术进行了广泛的研宄并

取得了很多成果。厌氧生物降解基本过程如图2-1所示[18]。

1.发酵菌；

2.产氢产乙酸细菌；

3.同型产乙酸细菌；

4.利用H2和CO2甲烷细菌；

5.分解乙酸的产甲烷细菌

图2-1大分子有机物的厌氧降解过程

一、水解阶段

水解阶段是非溶性的大分子化合物被转化为简单的小分子化合物

或单体的过程。大分子有机化合物相对分子质量都比较大,不能被微生

物直接吸收

利用。这些大分子的有机化合物首先在被转化为小分子化合物,这

些小分子化

合物就很容易被微生物利用。通常水解反应过程可用下式表示。

R-X+H

2

O—R-OH+X-+H+

式中:R-有机物分子的碳链主体

X-分子中的极性基团

二、发酵阶段

在发酵过程中,发酵微生物首先将小分子化合物转化为简单的物质,

分泌到细胞外。因此，这一过程也称为酸化阶段。这一阶段的最终产

物主要有挥发性脂肪酸（VFA）、二氧化碳、氧气、氨、硫化氢等气

体物质。同时,厌氧发酵