论文总字数：13576字

摘 要

不可再生能源的日益减少，环境的日益恶化，为研究可再生的清洁能源提供了摇篮。沼气发酵作为可再生能源日益被大众所关注。通过厌氧消化作为途径产出沼气，该沼气以植物或者污泥作为原料，通过其中的产甲烷细菌产生甲烷（CH₄）、二氧化碳（CO₂）等气体，相比于天然气这种不可再生资源，沼气发酵产甲烷具有很高的环境效益和经济价值。所以如何最大限度的提高沼气发酵的效率，成为现在研究沼气的主要目标。

将搅拌技术运用到沼气工程中，可以起到促进温度和物料的均匀化，加速微生物的代谢活动，从而提高沼气的产气效率。可是物极必反，强度过大的搅拌也会对厌氧发酵过程产生负面影响，影响沼气发酵的正常反应。

本实验通过对搅拌进行实时控制，结合对搅拌强度的定量化控制手段，从排气量、实时产气速率、气体组成成分、沼液的COD情况等多种数据来分析搅拌对厌氧发酵过程的影响。

关键词：搅拌 厌氧发酵

Effect of agitation on the microbial community and the rate of gas production at different stages of anaerobic fermentation

Abstract

With the increasing shortage of non renewable energy, the development and utilization of new energy is becoming more and more important. Biogas fermentation as a renewable energy has been increasingly concerned by the public. Through anaerobic digestion, as a way to produce biogas, the biogas plants or sludge as raw material, through the methanogenic bacteria produce methane (CH4) and carbon dioxide (CO₂) gas, compared to natural gas, as a kind of non renewable resources, the biogas fermentation methane has a high environmental benefits and economic value.

Therefore, how to improve the gas production rate of biogas fermentation has become a problem to be solved.

The mixing technology is applied to the biogas engineering, which can promote the homogenization of temperature and material, accelerate the metabolism of microorganisms, and thus improve the efficiency of biogas production.But extremes meet, intensity of stirring will also have a negative effect on anaerobic fermentation process, the normal biogas fermentation.

Through this experiment, the mixing of real-time control, combined with the stirring intensity of quantitative control means, from the exhaust volume, real-time gas production rate, gas composition composition, slurry of COD and other data to analyze the effects of stirring in the anaerobic fermentation process.

Key Words: stirring；anaerobic fermentation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 搅拌方式 1

1.3分析方法 1

1.3.1发酵产气量及CH₄含量变化 1

1.3.2产气量变化情况 2

1.4搅拌作用 3

1.4.1 搅拌对微生物的负面影响 3

1.4.2 搅拌对厌氧活性污泥活性的影响 4

1.4.3搅拌对厌氧发酵的积极影响 4

1.5 结论 4

1.6 本文研究思路 5

第二章 实验部分 7

2.1 化学试剂与实验仪器 7

2.2 吸附剂结构表征 11

2.3 活性炭吸附剂性能测试 11

2.4 搅拌性能测试 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 COD测定结果 12

3.2 活性炭性能测试结果 12

3.3 搅拌测试结果 12

3.3.1 发酵启动 （搅拌） 12

3.3.2 发酵启动（无搅拌） 13

3.4 平稳产气阶段 14

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 17

致谢 19

第一章 文献综述

1.1 前言

厌氧发酵产沼气的来源有很多途径，如饭馆产生的废弃物、农作物的废弃秸秆、动物产生的粪便等。正是因为这种产能方法原料容易获得并且能够带来很好的环境效益，很多研究人员专注于对厌氧发酵产沼气的研究。厌氧发酵的分辨根据所使用原料所含水量的不同大致可以分为2 类：干发酵以及湿发酵^[1]。在湿发酵中为了做到产气量的最大化和效率的最高化，会在发酵反应器中引入搅拌技术。混合的原因来自三个方面：（一）将和所描述的发酵内容混合新进料，（二）避免浮或沉淀层造成材料沼气池建立过程中的issue，以及（三）加热的控制^[2]。将搅拌技术加入到沼气工程中，一般说来可以使发酵罐中的物料和温度更加均匀的分布，使沼气发酵能够顺利平稳运行，进而提高沼气产率，但由于沼气发酵的效率由多种外部因素共同决定，像温度、水力停留时间、进料参数以及微生物数量这些因素等，加上从能效比等经济因素考虑。搅拌技术的合理使用仍然有值得深入研究的意义^[3]。

1.2 搅拌方式

沼气工程中搅拌类型目前分为三类：气体鼓动搅拌，机械动力搅拌以及水力混合搅拌。气体搅拌采用沼气的回流原理来完成搅拌效果，拥有反应器内设备少、结构简单、机械材料磨损小、运行费用低效率高等优势，但是这种搅拌方式对于技术要求和设备费用很高，而且对厌氧消化过程的进行有不利的作用。另一方面运用水泵设备来进行循环作用的水力搅拌虽然相比于气体型搅拌拥有更加优越的能效和经济性能，可是其搅拌范围有限，容易发生搅拌死角。目前，被认为是效果最好的的搅拌方式是机械搅拌，原因在于这种搅拌方式可以混合物料均匀，此外，其能耗也是最小的^[4]。

1.3分析方法

COD的含量采用快速消解分光光度法测定；TS的含量采用烘干法测定；温度则采用自带温度计测定，PH值由台式PH计测定，产气速率则采用排气泡法测定，此外，产气量采用排水集气法测定^[5]，以及气体含量采用气相色谱仪测定。

1.3.1发酵产气量及CH4含量变化

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