不同预处理对小麦秸秆和玉米秸秆厌氧发酵产气特性研究

【摘要】：小麦和玉米是我国北方主要的粮食作物,每年收获后产生大量的秸秆。直接燃烧秸秆不仅浪费资源,还污染环境。将小麦秸秆和玉米秸秆通过厌氧发酵技术转化为生物质能,可以有效缓解农村地区能源紧张和环境污染的局面。由于小麦秸秆和玉米秸秆主要是由木质纤维素组成的,难以被沼气微生物直接利用。通过预处理技术可以改变秸秆的物理化学结构,将预处理后的秸秆用于厌氧发酵,可以明显提高产气量。因此,研究和探索不同生物和化学预处理对小麦秸秆和玉米秸秆厌氧发酵产气的影响是本试验的目的,以期研究出各种处理的最佳添加量,为提高小麦秸秆和玉米秸秆能源转化率,进而提高农村户用沼气产气量提供理论依据和技术支撑。 本试验选取4种生物处理剂：复合菌剂、糖酵酶、腐秆剂(添加量：6g/kg、8g/kg、10g/kg)、微生物催腐剂(添加量：0.6g/kg、0.8g/kg、1.0g/kg)和2种化学试剂：NaOH(添加量：60g/kg、80g/kg、100g/kg)、氨水(添加量：10mL/L、20mL/L、30mL/L)对小麦秸秆和玉米秸秆进行预处理,7d后进行厌氧发酵。以常温发酵池底物为接种物,在总固体质量分数为8%的情况下,研究了小麦秸秆和玉米秸秆在25℃、30℃和35℃下的厌氧发酵特性。结果表明： (1)在25℃-35℃下,不同添加量的复合菌剂、糖酵酶、微生物催腐剂、腐秆剂、NaOH和氨水处理都可以提高小麦秸秆和玉米秸秆的日产气峰值,并且可以将日产气峰值出现的时间提前2-10d。可提高小麦秸秆日产气峰值12.11%-108.97%,提高玉米秸秆日产气峰值8.10%-64.72%。 (2)由方差分析结果可知,随着温度升高小麦秸秆总产气量升高。提高小麦秸秆总产气量最显著的添加量是：8g/kg复合菌剂,在35℃时12288mL;8g/kg糖酵酶,在35℃时为11972mL;0.8g/kg微生物催腐剂,在35℃时为12288mL；8g/kg腐秆剂,在35℃时为12591mL；100g/kgNaOH,在35℃时为13336mL；30mL/L氨水,在35℃时为11524mL。 (3)由方差分析结果可知,提高玉米秸秆总产气量最显著的添加量是：8g/kg复合菌剂,在30℃时为11290mL;8g/kg糖酵酶,在35℃时为12921mL；0.8g/kg微生物催腐剂,在35℃时为12225mL;8g/kg腐秆剂,在35℃时为12225mL;80g/kgNaOH,在35℃时为13274rnL；20mL/L氨水,在35℃时为12273mL。 (4)由试验结果可知,不同添加量的不同预处理剂均能提高小麦秸秆和玉米秸秆的TS产气率和甲烷含量。经不同添加量的6种预处理剂处理后,在25℃时小麦秸秆产沼气中的平均甲烷含量提高了12.23%-38.24%,玉米秸秆提高了19.40%-30.30%;在30。C时小麦秸秆产沼气中的平均甲烷含量提高了13.50%～32.59%,玉米秸秆提高了19.73%～36.56%；在35℃时小麦秸秆产沼气中的平均甲烷含量提高了12.85%～44.02%,玉米秸秆提高了22.69%-52.96%。 (5)在同一温度条件下,最佳添加量的不同预处理剂对小麦秸秆和玉米秸秆的总产气量的影响不同。在25℃时,小麦秸秆总产气量最大的为：30mL/L氨水；玉米秸秆总产气量最大的为：80g/kgNaOH。在30。C时,小麦秸秆总产气量最大的为:100g/kgNaOH；玉米秸秆总产气量最大的为：8g/kg糖酵酶。在35。C时,小麦秸秆总产气量最大的为：100g/kgNaOH；玉米秸秆总产气量最大的为：80g/kgNaOH。 (6)除25℃时选择氨水处理玉米秸秆获得效益大外,其余均是选用微生物催腐剂对小麦秸秆和玉米秸秆进行预处理,获得的经济效益最大。 【关键词】：预处理 小麦秸秆 玉米秸秆 厌氧发酵 甲烷
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 引言11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 秸秆的性质和利用11-13
• 1.2.1 秸秆的来源和性质11-12
• 1.2.2 秸秆的利用途径12-13
• 1.3 厌氧发酵理论13-15
• 1.3.1 厌氧发酵的基本理论13-14
• 1.3.2 影响厌氧发酵的主要因素14-15
• 1.4 秸秆厌氧发酵存在问题及预处理技术研究进展15-18
• 1.4.1 秸秆厌氧发酵存在的问题15
• 1.4.2 秸秆预处理技术研究进展15-18
• 1.5 研究的目的和内容18-19
• 1.5.1 研究的目的及意义18
• 1.5.2 研究的内容18-19
• 第二章 试验材料与方法19-21
• 2.1 试验材料19
• 2.2 试验装置19
• 2.3 试验设计19-20
• 2.4 测定项目和方法20-21
• 第三章 试验结果与分析21-59
• 3.1 复合菌剂对小麦秸秆和玉米秸秆厌氧消化产气效果的影响21-27
• 3.1.1 25℃温度下小麦秸秆和玉米厌氧消化产气效果21-23
• 3.1.2 30℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果23-25
• 3.1.3 35℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果25-27
• 3.2 糖酵酶对小麦和玉米秸秆厌氧消化产气效果的影响27-33
• 3.2.1 25℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果27-29
• 3.2.2 30℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果29-31
• 3.2.3 35℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果31-33
• 3.3 微生物催腐剂对小麦和玉米秸秆厌氧消化产气效果的影响33-39
• 3.3.1 25℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果33-35
• 3.3.2 30℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果35-37
• 3.3.3 35℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果37-39
• 3.4 腐秆剂对小麦和玉米秸秆厌氧消化产气效果的影响39-45
• 3.4.1 25℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果39-41
• 3.4.2 30℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果41-43
• 3.4.3 35℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果43-45
• 3.5 NaOH对小麦和玉米秸秆厌氧消化产气效果的影响45-51
• 3.5.1 25℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果45-47
• 3.5.2 30℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果47-49
• 3.5.3 35℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果49-51
• 3.6 氨水对小麦和玉米秸秆厌氧消化产气特性的影响51-57
• 3.6.1 25℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果51-53
• 3.6.2 30℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果53-55
• 3.6.3 35℃下小麦和玉米厌氧消化产气效果55-57
• 3.7 小结57-59
• 第四章 效益分析59-60
• 第五章 结论与讨论60-63
• 5.1 结论60-61
• 5.2 讨论61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 作者简介67

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