不同化学预处理条件下秸秆厌氧发酵特性研究

【摘要】：沼气作为可再生能源，在当前能源资源短缺和环境污染加剧的双重背景下受到中央及地方各级政府的关注，是生物质能源领域技术最成熟、推广范围最大的清洁能源利用模式之一。农村沼气对水产养殖业，支持生产，农村生活条件都具有重要的推动作用，是应对环境挑战和农村能源问题的重要战略措施。我国对于沼气的研究发展主要体现在原料、技术及研究方法等多个层次，本研究通过恒温厌氧发酵技术，进行了玉米秸秆化学预处理研究，得出了各处理的最佳浓度。旨在为今后秸秆厌氧发酵预处理技术提供一定参考价值。 本试验以玉米秸秆为发酵原料，在35℃恒温厌氧条件下，研究质量分数分别为1%、2%和3%的硫酸、盐酸、醋酸及双氧水预处理玉米秸秆后其厌氧发酵的特性。厌氧发酵过程中，各处理组发酵启动都比较快，平均发酵周期为60d。试验研究通过测定日产气量、累计产气量、VFA、pH、氨态氮、TS去除率及半纤维素等指标得出以下结果： （1）本试验设置的不同浓度硫酸预处理玉米秸秆，发酵末期各处理的累积产气量都低于对照CK。总产气量：S1＞S2＞S3，分别为8952ml、6021ml、和1012ml；VFA峰值：S2＞S3＞S1；TS产气率：S1＞S2＞S3，分别为118.84ml.g~(-1)、88.44ml.g~(-1)、17.65ml.g~(-1)；半纤维素降解：S3＞S2＞S1。三个处理浓度的VFA降解率都低于对照。S1、S2和S3发酵料液的pH范围分别在5.7-7.8之间、4.5-7.4之间、3.3-5.3之间波动，呈弱酸性环境。 （2）质量分数1%的盐酸预处理玉米秸秆工艺条件最好，累积产气量最高，比CK高了27.72%。总产气量：CL1＞CL2＞CL3，分别为20416ml、1414ml和960ml；VFA峰值：CL2＞CL3＞CL1；TS产气率：CL1＞CL2＞CL3，分别为310.88ml.g~(-1)、22.64ml.g~(-1)、18.17ml.g~(-1)；半纤维素降解：CL3＞CL3＞CL2。 （3）不同质量浓度的醋酸处理玉米秸秆，厌氧发酵特性表现如下：总产气量：COO1＞COO3＞COO2，分别为22641ml、17264ml、22016ml；VFA峰值：COO3＞COO2＞COO1，分别为10268.5mg/L、10263.5mg/L和9973.5mg/L；TS产气率：COO3＞COO1＞COO2，分别为410.00ml.g~(-1)、314.89ml.g~(-1)、277.43ml.g~(-1)；半纤维素降解：COO3＞COO2＞COO1。 （4）1%、2%和3%质量浓度的双氧水预处理玉米秸秆其厌氧发酵累积产气量较接近，分别比CK提高了47.99%、41.96%和38.95%。各自TS产气率分别比CK的TS产气率提高了95.62%、170.92%和107.52%。1%、2%和3%双氧水处理组发酵料液的pH范围分别是：6.9-7.4之间、7-7.6之间、6.9-7.5之间波动，各组都维持在一个中性环境。 （5）通过同一浓度不同处理效果比较以及同一处理不同浓度间发酵潜力的比较，得出双氧水预处理后的秸秆发酵潜力最好，是秸秆化学预处理的良好工艺条件。 【关键词】：玉米秸秆 厌氧发酵 户用沼气 预处理
【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】：2013
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 引言11-25
• 1.1 研究背景11-19
• 1.1.1 我国有丰富的生物质资源12
• 1.1.2 我国农村户用沼气发展受到国家及地方政府高度关注和鼓励12-14
• 1.1.3 厌氧发酵技术应用于生物质能源开发与利用现状14-18
• 1.1.4 厌氧沼气发酵研究测定指标18-19
• 1.2 农村户用沼气发展现状19-21
• 1.2.1 国外发展状况19-20
• 1.2.2 国内发展状况20-21
• 1.2.3 我国户用沼气发展的新突破和不足21
• 1.3 研究的目的和意义21-22
• 1.4 研究内容及创新点22-24
• 1.4.1 研究内容22-23
• 1.4.2 研究的创新点23-24
• 1.5 技术路线24-25
• 第二章 试验设计与方法25-27
• 2.1 试验材料25
• 2.2 试验装置25
• 2.3 试验设计25-27
• 2.3.1 试验研究指标的测定26
• 2.3.2 数据处理26-27
• 第三章 结果与分析27-49
• 3.1 不同质量浓度硫酸处理玉米秸秆的厌氧发酵特性27-31
• 3.1.1 日产气量、累计产气量变化27-28
• 3.1.2 不同浓度硫酸处理玉米秸秆厌氧沼气发酵过程中 VFA 的变化28-29
• 3.1.3 厌氧沼气发酵过程中 pH 值、氨态氮的变化29-30
• 3.1.4 不同浓度硫酸处理玉米秸秆厌氧沼气发酵前后 TS 及半纤维素变化30-31
• 3.2 不同浓度盐酸处理玉米秸秆的厌氧发酵特性31-35
• 3.2.1 日产气量、累计产气量变化31-32
• 3.2.2 不同浓度盐酸处理玉米秸秆厌氧沼气发酵过程中 VFA 的变化32-33
• 3.2.3 厌氧沼气发酵过程中 pH 值、氨态氮的变化33-35
• 3.2.4 不同浓度盐酸处理玉米秸秆厌氧沼气发酵前后 TS 及半纤维素的变化35
• 3.3 不同浓度醋酸处理玉米秸秆的厌氧发酵特性35-40
• 3.3.1 日产气量、累计产气量变化35-37
• 3.3.2 不同浓度醋酸处理玉米秸秆厌氧沼气发酵过程中 VFA 的变化37
• 3.3.3 厌氧沼气发酵过程中 pH 值、氨态氮的变化37-39
• 3.3.4 不同浓度醋酸处理玉米秸秆厌氧沼气发酵前后 TS、半纤维素变化39-40
• 3.4 不同浓度双氧水处理玉米秸秆的厌氧沼气发酵特性40-44
• 3.4.1 日产气量、累计产气量变化40-41
• 3.4.2 不同浓度双氧水处理玉米秸秆厌氧沼气发酵过程中 VFA 的变化41-42
• 3.4.3 厌氧沼气发酵过程中 pH 值、氨态氮的变化42-43
• 3.4.4 不同浓度双氧水处理玉米秸秆厌氧沼气发酵前后 TS 变化43-44
• 3.5 不同预处理其厌氧发酵效果比较及工艺条件优化44-45
• 3.5.1 不同浓度处理的发酵效果比较44
• 3.5.2 同一浓度不同处理的发酵效果比较44-45
• 3.6 经济成本分析45-46
• 3.7 秸秆化学方法预处理技术标准46-49
• 3.7.1 范围46
• 3.7.2 秸秆的粗处理46
• 3.7.3 预处理剂的制备及仪器设备46-48
• 3.7.4 预处理过程48-49
• 第四章 结论与讨论49-53
• 4.1 结论49-50
• 4.2 讨论50-53
• 4.2.1 酸处理秸秆与厌氧发酵的关系50-51
• 4.2.2 双氧水处理与厌氧发酵的关系51
• 4.2.3 相关测定指标与发酵潜力的关系51-52
• 4.2.4 预处理技术发展前景52-53
• 参考文献53-59
• 致谢59-60
• 作者简介60

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