不同厌氧发酵条件对漆酶预处理秸秆产沼气的影响研究

【摘要】：近年来雾霾天气日益严重,其中主要原因为农作物秸秆的焚烧。在我国,每年产生的农作物秸秆在7亿t左右,其中以水稻、麦草和玉米秸秆居多,但目前我国农作物秸秆的利用率并不高。因此,如何无害化利用秸秆是解决目前环境雾霾问题的重要举措。利用秸秆生产沼气是秸秆无害化处理的可行性手段之一。然而,由于秸秆的纤维素、木质素含量高,使得秸秆在产沼气过程中分解慢、利用效率低。因此本研究针对秸秆产沼气少、启动慢、利用率低等问题,采用自培养漆酶预处理水稻、玉米秸秆,使其由木质素、纤维素组成的外层结构得到降解,进而有利于秸秆厌氧发酵。另外,根据不同的厌氧发酵条件对其进行厌氧发酵,提高了秸秆产气率及利用率,从而找到对秸秆的最佳处理条件。首先,通过单因素实验漆酶的不同添加量确定了对秸秆进行预处理的最佳漆酶添加量：20 mL漆酶添加量对水稻、玉米秸秆的降解效果最好。水稻秸秆纤维素降解率达到33.2%,木质素降解率达到31.6%；玉米秸秆纤维素降解率达到38.7%,木质素降解率达到38.9%。其次,秸秆在经过漆酶预处理后,根据不同的厌氧发酵条件产沼气实验得到以下结果：在不同尿素添加量对水稻、玉米秸秆的厌氧发酵影响实验中：水稻秸秆添加1%尿素(0.5 g)的产气效果最好；玉米秸秆添加3%(1.5 g)尿素的产气效果最好。在不同牛粪添加量对水稻、玉米秸秆的厌氧发酵影响实验中：去除牛粪自身产气部分,水稻秸秆添加20%牛粪(10 g)的产气效果最好；玉米秸秆添加30%牛粪(15 g)的产气效果最好。在不同葡萄糖添加量对水稻、玉米秸秆的厌氧发酵影响实验中：通过对不同尿素与牛粪添加量的产气情况对比可知,尿素对于秸秆自身的产气效果优于牛粪,所以,选则尿素最佳量的同时,控制单因素变量的不同：对于水稻秸秆,在尿素添加量为1%(0.5g)时,添加5%葡萄糖(2.5 g)产气效果最好；对于玉米秸秆,在尿素添加量为3%(1.5 g)时,添加3%的葡萄糖(1.5 g)产气效果最好。再次,通过电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、质谱(MS)对秸秆进行测试得到如下结论：玉米秸秆的木质素、纤维素含量低于水稻秸秆的木质素、纤维素含量,气孔多,这就使得玉米秸秆整体的厌氧发酵效果比水稻秸秆的厌氧发酵效果好。CH4含量在57%左右,满足沼气可以燃烧的含量范围。 【关键词】：秸秆 漆酶 预处理 厌氧发酵
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X712;S216.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.1.1 生物质能9
• 1.1.2 秸秆利用迫在眉睫9-10
• 1.2 秸秆资源的利用10-12
• 1.2.1 国内外利用现状10-11
• 1.2.2 秸秆的利用技术11
• 1.2.3 制约秸秆沼气推广利用的原因11-12
• 1.3 秸秆的结构组成及其预处理方式12-16
• 1.3.1 秸秆的结构组成12
• 1.3.2 秸秆预处理方式12-15
• 1.3.3 国内外生物预处理秸秆研究进展15-16
• 1.4 厌氧发酵技术影响因素及现状16-17
• 1.5 本研究选题依据及目的意义17-18
• 1.6 研究内容18-19
• 2 实验仪器、材料与实验方法19-26
• 2.1 实验仪器19-20
• 2.2 实验材料20
• 2.3 实验方法20-25
• 2.3.1 白腐菌培养产漆酶20-22
• 2.3.2 酶活测定22
• 2.3.3 漆酶预处理秸秆添加量的确定22-23
• 2.3.4 不同厌氧发酵条件对水稻秸秆产沼气影响23
• 2.3.5 不同厌氧发酵条件对玉米秸秆产沼气影响23-24
• 2.3.6 表征测试方法24-25
• 2.4 小结25-26
• 3 漆酶预处理秸秆添加量的确定26-33
• 3.1 水稻秸秆漆酶添加量的选择26-29
• 3.1.1 纤维素、木质素含量变化26-28
• 3.1.2 漆酶添加量对产气量的影响28-29
• 3.2 玉米秸秆漆酶添加量的选择29-32
• 3.2.1 纤维素、木质素含量变化29-31
• 3.2.2 漆酶添加量对产气量的影响31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 不同厌氧发酵条件对水稻秸秆产沼气影响33-41
• 4.1 不同尿素添加量对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响33-35
• 4.1.1 木质素、纤维素发酵后的测定33
• 4.1.2 沼气产量测定33-35
• 4.2 不同牛粪添加量对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响35-37
• 4.2.1 木质素、纤维素发酵后的测定35
• 4.2.2 沼气产量测定35-37
• 4.3 不同葡萄糖添加量对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响37-39
• 4.3.1 木质素、纤维素发酵后的测定37-38
• 4.3.2 沼气产量测定38-39
• 4.4 水稻秸秆处理前、漆酶处理后、发酵后电镜测试39-41
• 5 不同厌氧发酵条件对玉米秸秆产沼气影响41-49
• 5.1 不同尿素添加量对玉米秸秆厌氧发酵产沼气的影响41-43
• 5.1.1 木质素、纤维素发酵后的测定41-42
• 5.1.2 沼气产量测定42-43
• 5.2 不同牛粪添加量对玉米秸秆厌氧发酵产沼气的影响43-45
• 5.2.1 木质素、纤维素发酵后的测定43-44
• 5.2.2 沼气产量测定44-45
• 5.3 不同葡萄糖添加量对玉米秸秆厌氧发酵产沼气的影响45-47
• 5.3.1 木质素、纤维素发酵后的测定45-46
• 5.3.2 沼气产量测定46-47
• 5.4 玉米秸秆处理前、漆酶处理后、发酵后电镜测试47-49
• 6 结果与讨论49-57
• 6.1 木质素纤维素对比49
• 6.2 经漆酶处理过的秸秆红外光谱测试49-51
• 6.3 不同厌氧条件下两种秸秆的产气量对比51-54
• 6.3.1 水稻、玉米秸秆不同尿素添加量厌氧发酵对比52
• 6.3.2 水稻、玉米秸秆不同牛粪添加量厌氧发酵对比52-53
• 6.3.3 水稻、玉米秸秆不同葡萄糖添加量厌氧发酵对比53-54
• 6.4 电镜测试下的两种秸秆对比54-56
• 6.5 沼气中CH_4含量的测定56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-61
• 攻读学位期间发表的学术论文61-62
• 致谢62-63

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