小球藻高浓度厌氧消化产沼工艺研究

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1、小球藻高浓度厌氧消化产沼工艺研究（申请清华大学工学硕士学位论文）培养单位：环境学院学科：环境科学与工程研究生：王楠楠指导教师：王伟教授二〇一五年五月Researchonthehigh-concentrationanaerobicdigestionofMicroalgaeChlorellaproducingbiogastechnologyThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEn

2、vironmentalScienceandEngineeringbyWangNannanThesisSupervisor:ProfessorWangWeiMay,2015摘要摘要微藻生物能源是一种优良的新能源，研究开发将固定二氧化碳、利用废弃物以保护环境与生产能源物质结合在一起的技术，将光生物反应器养藻与厌氧微生物降解藻生物质再转化为甲烷燃料构成循环系统对解决未来社会的能源与环境问题意义重大。本文研究了广泛选用的典型微藻小球藻的产甲烷性能，实验中所用的小球藻每毫升藻液中约含有100亿个藻细胞，浓度100g/L（TS10%）左右，其干藻粉中碳

3、元素含量接近50%。高浓度微藻厌氧消化产甲烷潜势达到30.461m/kgVSadded，其中沼气中甲烷含量达到70%。对小球藻基本性质以及厌氧消化产甲烷潜能BMP实验分析表明，微藻生物质容易被厌氧微生物降解，能够将有机质（包括微藻油脂、蛋白质、糖类等有机物）充分转化成甲烷，微藻的产甲烷潜势比较高。对微藻的水热处理改性实验表明：水热处理能够提高藻液有机物的溶解率，破坏微藻细胞固相物质；水热处理后小球藻的叶绿体被破坏，藻液中蛋白质分解，颜色和气味有明显的变化；水热处理对微藻产甲烷潜能没有显著影响，但是对于微藻固定二氧化碳产甲烷能源的系统有贡献，

4、在厌氧消化沼液中的碳源、氮源等营养物质经过热水解转移到液相中（有机物溶解率提升达50%），这样才能被微藻生长繁殖所利用，使得系统具有良好的自持性。最后研究不同负荷率下小球藻厌氧消化产甲烷工艺，使用CSTR反应器（5L）进行了负荷率分别为1.8、32.0、3.0、3.6kgVS/md的半连续实验，对不同有机负荷率条件下小球藻的产甲烷性能、有机物降解率以及反应器的稳定性进行了分析。运行CSTR反应器50d、45d、3330d、25d停留时间工况产沼气分别为0.928、1.149、1.637和2.0m/md，容积产33甲烷率达到0.584、0.6

5、32、0.948、1.118m/md，反应器运行良好，沼气中甲烷含量比较高（60%左右），可得到优质的燃料。单位有机物（每千克VS）的产甲烷3率比较高，在0.30~0.33mCH4/kgVSadded，随着有机负荷提高，VS的降解率下降，分别为61.83%、60.21%、60.17%和59.14%。本实验构造了微藻的厌氧消化产甲烷系统，将高浓度藻液直接厌氧消化，省略了收集步骤，在微藻生物能源的研究中，微藻的收集是耗费大量资金和能量的步骤，使用厌氧消化产甲烷技术，不需要脱水干燥，经济可行；厌氧消化过程产生的二氧化碳可以回用于微藻的生长繁殖，沼

6、液可以回用作为微藻增殖的营养。关键词：微藻；厌氧消化；新能源；生物甲烷；水热处理IAbstractAbstractMicroalgaebioenergyisanexcellentnewenergy.Theresearchonthetechnologyoffixingcarbondioxidecombiningwithprotectingtheenvironmentandusingthewastetoproduceenergywhichunitesmicroalgaecultivationtogetherwithanaerobicdigest

7、ionofmicroalgaetoproducebiofuelisofgreatsignificance.Itwillhelptosolvetheenergycrisisandenvironmentproblemsinthefuture.ThewidelystudiedmicroalgaeChlorellawasselectedinthisstudy.Therewere10billionalgaecellsinonemilliliterofthehighconcentrationmicroalgaesolution(TS10%)withdr

8、yalgaecellcarboncontent50%.3ThebiochemicalmethanepotentialoftheChlorellareached0.461m/kgV