厌氧发酵原理及其工艺.docx

厌氧发酵原理及其工艺 1.4实验研究目的，技术路线 与发达国家相比，我国目前的作物发酵沼气生产技术起步较晚，大型项目的运行经验相对较少。由于我国幅员辽阔，不同地区的作物资源类型不同，理化性质差异较大，不同地区的年平均气温差异较大，我国大型作物厌氧发酵产沼气项目很难有统一的设计参数标准。对于不同的大型沼气项目，必须综合考虑作物的实际种类和物理性质、气候条件、加热条件、沼液的消耗和后续处理工艺、沼气捕捞、作物的价格和最大运输半径、原材料的储存和供应方式等，机组选型等因素，以期在项目实施后获得最佳的经济效益和社会效益。 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。 为了达到上述目的，本文的研究内容主要集中在以下几个方面： （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） 研究了黄瓜藤新鲜度对发酵产气和产气率的影响。（3） 不同投加速率对发酵产气和产气速率的影响；为了实现厌氧发酵的连续反应，还研究了不同投加速率对pH值的影响。 1.5论文章节安排 本文共分六章。 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。 第二章是厌氧发酵制备沼气的基本原理和影响因素。 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。 第四章针对使用实验方法研究各种因素的需要，确定实验的数据测量方法和实验过程中的注意事项，以防止实验失败。 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。 第六章对本课题进行了总结和展望，总结了本课题的研究成果，并提出了不足之处和未来进一步研究的方向。 第二章厌氧发酵原理及其工艺 以农作物为发酵原料制备沼气，是一种生物质厌氧发酵。比如这篇文章 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有机物厌氧降解的基本过程 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 该络合物转化为CH4、C02、H2O、H2S和氨。在厌氧发酵过程中，微生物相互影响、相互制约，共同构成生态系统。自20世纪70年代中期以来，研究人员对厌氧消化技术进行了广泛的研究，并取得了许多成果。厌氧生物降解的基本过程如图2-1[18]所示。 1.发酵菌；2.产氢产乙酸细菌；3.同型产乙酸细菌； 4.使用H2和CO2的甲烷细菌；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 使用这些大分子有机化合物首先转化为小分子化合物，易于被微生物利用。通常，水解反应过程可以用以下公式表示。 r-x+h2o―r-oh+x-+h+ 式中：R——有机分子X的碳链主体——分子II中的极性基团。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 在牢房外面。因此，这一阶段也称为酸化。该阶段的最终产品主要包括挥发性脂肪酸（VFA）、二氧化碳、氧气、氨、硫化氢和其他气体物质。同时，在厌氧发酵过程中，微生物也会合成新的细胞进行自身增殖，因此系统会产生剩余污泥。在一般底物的酸化反应中，一些氨基酸的分解通过所谓的斯塔克兰反应进行。这个反应需要两个氨基酸参与，或者需要同时与其他分子反应。一个氨基酸分子进行氧化脱氮并产生H+以减少另一个氨基酸的两个分子。这两个过程都具有脱氧基的功能。以丙氨酸和甘氨酸的降解为例，说明它们需要这种偶联反应。 ch3chnh2c00h+2h20―ch3cooh+co2+nh3+4h+ 2ch2nh2cooh+4h+―2ch3cooh+2nh4 即为: ch3chnh2cooh+2ch2nh2cooh+2h2o---3ch3cooh+3nh4+co2 这里丙氨酸作为电子的供体,甘氨酸作为电子的受体。而丙氨酸和甘氨酸都是有机物,却一个作为电子供体,另一个作为电子受体。这一特点