秸秆厌氧发酵影响因素的研究

【摘要】：作为一个农业大国,我国农业生产过程中存在着大量的废弃物,每年我国秸秆的总产量超过7亿吨,但其利用率却很低,大量秸秆在田间焚烧,造成了严重的大气污染,浪费了宝贵的可再生利用资源。与此同时,随着世界工业化和城市化进程的加剧,过度依赖石油、煤等燃料,大量使用农药、化肥及城市生活固体废弃物的任意填埋都导致各种化学形态的重金属污染物被源源不断地排放到环境中。因此,本课题将秸秆的厌氧发酵与重金属离子消耗相结合,不但可以避免秸秆焚烧以及重金属离子排放所带来的环境污染,还可产生可再生能源--沼气。本课题实验结果如下： 首先,对原料进行预处理。针对酸碱、碱量、预处理时间以及预处理方式4个方面进行对比实验,通过红外光谱、扫描电镜、化学需氧量、热重分析以及产气量对结果进行测试,得到最优的预处理方法：15g秸秆加100m16%NaOH溶液,加热煮沸1h。 其次,构建厌氧发酵体系。针对发酵原料、发酵温度、碳氮比以及接种物4个方面对厌氧发酵产气的影响进行考察,通过产气量对比,得到最优的厌氧发酵体系：调节预处理后的玉米秸秆pH=6-7,加入尿素使得体系碳氮比在25：1,加入50m1沼液,在36℃恒温条件下进行厌氧发酵。 最后,考察重金属离子对发酵体系的影响。实验发现,发酵过程中的微生物对环境非常敏感。当厌氧发酵产气平稳时,沼液中的重金属浓度偏低,而发酵受到抑制甚至中毒时,沼液中的重金属浓度较高。重金属对消化过程所引起的毒性主要取决于其存在形态：沉淀态的重金属对生物系统没有影响,而溶解态的重金属离子在厌氧发酵过程起到了抑制的作用,体系中溶解态的金属离子不仅与加入量有关,也与体系本身使金属离子形成沉淀(即缓冲能力)有关。厌氧发酵体系中加入重金属,体系仍能产气,说明厌氧体系中有碳酸盐和硫化物使重金属生成沉淀,其毒性得到掩蔽。但这种能力十分有限,当体系中重金属浓度达到一定时,沼液中存在大量可溶的重金属离子对厌氧微生物产生了不良影响,微生物细菌中毒,从而抑制了反应的继续进行。发酵体系中可容许的重金属浓度分别为Cd2+:5mg/L、Hg2+:2.5mg/L。 【关键词】：秸秆 厌氧发酵 预处理 重金属离子
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ920.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-34
• 1.1 前言11-12
• 1.2 秸秆的组分成分及其特性12-15
• 1.2.1 纤维素12-13
• 1.2.2 半纤维素13-14
• 1.2.3 木质素14-15
• 1.3 秸秆的处理现状及在利用中存在的问题15-20
• 1.3.1 直接燃烧15-16
• 1.3.2 秸秆气化处理16-17
• 1.3.3 秸秆固化成型处理17-18
• 1.3.4 秸秆燃料乙醇技术18-19
• 1.3.5 秸秆沼气(厌氧发酵)处理19-20
• 1.4 厌氧发酵20-32
• 1.4.1 厌氧发酵概述20-21
• 1.4.2 厌氧发酵产沼气的主要机理21-22
• 1.4.3 厌氧消化的三个过程22-23
• 1.4.4 厌氧发酵预处理23-28
• 1.4.5 厌氧发酵的影响因素28-32
• 1.5 选题目的及意义32
• 1.6 本课题研究的主要内容32-34
• 第2章 实验用品与方法34-43
• 2.1 实验试剂与仪器34-37
• 2.1.1 实验试剂及材料34
• 2.1.2 实验仪器及装置34-36
• 2.1.3 实验流程36-37
• 2.2 实验方法37-40
• 2.2.1 原料预处理37-38
• 2.2.2 秸秆厌氧发酵体系的构建38-39
• 2.2.3 重金属离子与厌氧发酵的相互作用39-40
• 2.3 检测方法40-43
• 2.3.1 对产气量的检测40
• 2.3.2 对COD的检测40-42
• 2.3.3 对秸秆的电镜扫描检测42
• 2.3.4 对秸秆的红外光谱检测42
• 2.3.5 对秸秆的热重分析42
• 2.3.6 元素分析42-43
• 第3章 不同预处理对秸秆厌氧发酵的影响43-63
• 3.1 酸碱预处理对秸秆的影响43-47
• 3.1.1 秸秆的红外光谱分析43-45
• 3.1.2 酸碱预处理对COD及COD去除率的影响45-46
• 3.1.3 酸碱预处理对日产气量及累计产气量的影响46-47
• 3.2 不同碱量预处理对秸秆的影响47-53
• 3.2.1 秸秆的红外光谱分析47-48
• 3.2.2 不同碱量预处理对TG的影响48-50
• 3.2.3 不同碱量预处理对COD及COD去除率的影响50-51
• 3.2.4 不同碱量预处理对日产气量及累计产气量的影响51-53
• 3.3 不同预处理时间对秸秆的影响53-56
• 3.3.1 秸秆的红外光谱分析53-54
• 3.3.2 不同预处理时间对COD及COD去除率的影响54
• 3.3.3 不同预处理时间对日产气量及累计产气量的影响54-56
• 3.4 不同预处理方式对秸秆的影响56-61
• 3.4.1 秸秆的红外光谱分析56-57
• 3.4.2 不同预处理方式对秸秆结构的影响57-58
• 3.4.3 不同预处理方式对TG的影响58-61
• 3.4.4 不同预处理方式对COD及COD去除率的影响61
• 3.5 本章小结61-63
• 第4章 厌氧发酵体系的构建63-72
• 4.1 不同原料种类对厌氧发酵产气的影响63-65
• 4.2 不同发酵温度对厌氧发酵产气的影响65-66
• 4.3 不同碳氮比对厌氧发酵产气的影响66-68
• 4.4 不同接种物对厌氧发酵产气的影响68-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第5章 重金属离子与厌氧发酵的相互作用72-80
• 5.1 不同重金属对厌氧发酵产气的影响72-77
• 5.1.1 Cd~(2+)对厌氧发酵产气的影响72-74
• 5.1.2 Hg~(2+)对厌氧发酵产气的影响74-77
• 5.2 厌氧发酵对重金属分布形态的影响77-78
• 5.3 本章小结78-80
• 第6章 结论80-81
• 参考文献81-89
• 致谢89

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