同步生物法沼气提纯与合成气利用实验研究

发布时间：2020-07-11 03:10

【摘要】：厌氧消化产沼气和热解气化制合成气分别是实现易生物降解和难降解生物质资源化的最佳可行性技术之一,以生物质合成气(主要成分H_2、CO、CO_2)为外加氢源的生物法沼气提纯技术为实现同步沼气和合成气的高效高值利用提供了新的研究思路。为探究同步生物法沼气提纯与合成气利用工艺的可行性,本研究首先通过批实验和长期培养驯化实验研究了厌氧微生物对CO的降解转化特性及合成气生物甲烷化的可行性；其次,以模拟的沼气和合成气为唯一碳源,研究了三种污泥在模拟气条件下的同步利用的效果和转化机制；最后,以餐厨垃圾为基质进行厌氧消化产沼气,以合成气为外加氢源,建立同步沼气提纯与合成气利用的实验体系,考察了该工艺长期运行的整体效果及可能存在的问题。主要研究结果概括如下：(1)合成气中的CO能够被微生物完全降解转化且其降解所需时间随其初始含量的升高而延长；厌氧污泥形态和传质速率是微生物降解转化合成气的限制性因素,三种污泥对合成气降解转化的效果依次为：颗粒污泥碳毡生物膜絮状污泥；长期驯化培养后,CO对絮状污泥微生物的毒性抑制作用明显减弱,三种污泥均能在1 d内完全降解转化合成气并转化为甲烷,具有较好的生物甲烷化效果；絮状污泥主要是通过产酸细菌来实现合成气的降解转化,产酸细菌和嗜氢型甲烷菌的共生营养可能是两种颗粒生物膜转化合成气的主要途径。(2)以纯氢气和合成气为外加氢源的模拟气实验中,絮状污泥实验组中混合气CH_4含量分别富集至85%、82%,初步验证了以合成气为外加氢源的沼气提纯的可行性；颗粒污泥对模拟气的甲烷化最好,稳定运行时混合气CH_4含量高达93%,有望在后续同步沼气提纯与合成气利用工艺中得到应用。(3)餐厨垃圾厌氧消化反应器的启动负荷为0.5 gVS/L · d,合成气通入量为2.20 L/d时混合气中CH_4含量达到93.3%,提高有机负荷后混合气中CH_4的含量也维持在80%以上；实验110 d内,提纯反应器的pH值在7.5～8.5之间,有效碱度在3900～5000 mg/L之间,基本实现了同步利用实验系统的稳定运行。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S216.4
【图文】：

集气,营养液,进水管,曝气

７排水管８进气管９流量控制器１０混合气钢瓶逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋出ａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｉｍｕｌａｔｅｄ邋ｇａｓ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑图２．２邋模拟气实验装置实物图（Ａ：絮状污泥；Ｂ：颗粒型生物膜）逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ邋ｏｆ邋ｓｉｍｕｌａｔｅｄ邋ｇａｓ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋（Ａ：邋ｆｌｏｃｃｕｌｅｎｔ邋ｓｌｕｄｇｅ；邋Ｂ：ｇｒａｎｕｌｅ－ｂａｓｅｄ邋ｂｉｏｆｉｌｍ）逡逑２．２．４同步利用实验逡逑（１）实验装置逡逑主体反应器为总体积２０００邋ｍＬ的自制玻璃ＣＳＴＲ反应器，有效容积８００邋ｍＬ，逡逑采用恒流粟控制进气流量，接种污泥驯化稳定阶段未进气，低负荷运行阶段进气流逡逑量为１．０Ｌ／ｄ。实验装置如图２．３所示，其中民１为餐厨垃圾厌氧消化产沼气反应器，逡逑１２逡逑

示意图,颗粒型,生物膜,污泥

邋１０逡逑二非－＂７逦Ｌ逡逑图２．１模拟气实验系统示意图逡逑１攒拌（混匀）装置２攒拌子３曝气砂头４营养液进水管５测气曰６集气口逡逑７排水管８进气管９流量控制器１０混合气钢瓶逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋出ａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｉｍｕｌａｔｅｄ邋ｇａｓ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑图２．２邋模拟气实验装置实物图（Ａ：絮状污泥；Ｂ：颗粒型生物膜）逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ邋ｏｆ邋ｓｉｍｕｌａｔｅｄ邋ｇａｓ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋（Ａ：邋ｆｌｏｃｃｕｌｅｎｔ邋ｓｌｕｄｇｅ；邋Ｂ：ｇｒａｎｕｌｅ－ｂａｓｅｄ邋ｂｉｏｆｉｌｍ）逡逑２．２．４同步利用实验逡逑（１）实验装置逡逑主体反应器为总体积２０００邋ｍＬ的自制玻璃ＣＳＴＲ反应器，有效容积８００邋ｍＬ，逡逑采用恒流粟控制进气流量，接种污泥驯化稳定阶段未进气，低负荷运行阶段进气流逡逑量为１．０Ｌ／ｄ。实验装置如图２．３所示，其中民１为餐厨垃圾厌氧消化产沼气反应器，逡逑１２逡逑

示意图,出气口,合成气,流量控制器

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