酸预处理玉米秸秆与牛粪混合厌氧发酵试验研究

【摘要】：本研究采用硫酸、乙酸和磷酸对青贮玉米秸秆进行预处理,与牛粪混合在高温条件下进行厌氧发酵产沼实验。通过对酸预处理秸秆的组成成分、酸预处理后混合原料厌氧发酵的产气特性与产物特性的研究,探讨了酸预处理对玉米秸秆和牛粪混合厌氧发酵的影响,以及提高玉米秸秆产沼效率和能力等问题。 结果表明：(1)酸预处理增加了单位干重玉米秸秆中挥发性固体(VS)、脂肪、纤维素、半纤维素和木素所占比例,降低了玉米秸秆中蛋白质、淀粉和可溶性糖的比例,其中,乙酸预处理对蛋白质的影响最小,硫酸预处理对淀粉和半纤维素的影响最大,对脂肪和木素的影响最小,乙酸预处理对初始pH的影响小于硫酸和磷酸预处理；(2)三种酸预处理条件下,具有最佳产气效果的酸处理浓度分别为0%硫酸(即未经硫酸处理的对照组)、4%乙酸和6%磷酸,其累积产气量分别为50.72mL/g TS、71.70mL/g TS和75.26mL/g TS,0%硫酸、4%乙酸和4%磷酸试验组分别在反应第9、16和7天达到最高甲烷含量54.9%、63.6%和63.2%；(3)发酵过程中二氧化碳含量变化与甲烷趋势相似,但比甲烷含量提前降低,氢气含量的变化与之相反,硫酸和乙酸预处理延迟了产甲烷高峰的到来,而磷酸使之提前,并且乙酸和磷酸处理组中甲烷含量高于对照组；(4)发酵体系呈弱酸性,伴随发酵过程,总固体(TS)和VS含量降低,但降低程度因酸处理中酸的种类和浓度而异；(5)发酵过程中脂肪、纤维素、半纤维素和木素含量降低较大,但蛋白质、淀粉和可溶性糖含量降低较小,酸预处理增加了脂肪的降解量,乙酸和磷酸预处理对半纤维素降解作用明显,硫酸预处理有利于木素的降解,低浓度硫酸、高浓度的乙酸和磷酸预处理有利于淀粉和纤维素的降解。 酸预处理玉米秸秆与牛粪混合厌氧发酵是提高生物能源产气效率的重要问题。本文在分子水平上对酸处理农作物秸秆制沼开展了实验研究,对酸处理的发酵过程影响进行了探索,研究结果对于农村生物质能源开发工程实践具有指导意义。 【关键词】：玉米秸秆 牛粪 酸预处理 沼气 厌氧发酵 生物能源
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X71
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 沼气厌氧发酵的原理与影响因素11-14
• 1.2.2 玉米秸秆厌氧发酵研究进展14-16
• 1.2.3 酸预处理秸秆厌氧发酵研究进展16-17
• 1.3 研究目标及研究内容17-20
• 1.3.1 研究目标17-18
• 1.3.2 研究内容18
• 1.3.3 主要创新点18-19
• 1.3.4 技术路线图19-20
• 第2章 材料与方法20-26
• 2.1 实验材料20
• 2.2 实验装置20
• 2.3 实验过程20-21
• 2.3.1 玉米秸秆酸预处理20
• 2.3.2 厌氧发酵产沼实验20-21
• 2.4 分析指标和测量方法21-25
• 2.4.1 成分测定21-23
• 2.4.2 气体组成-气相色谱法23
• 2.4.3 主要实验试剂23-25
• 2.5 数据统计25-26
• 第3章 酸预处理对发酵原料的影响26-36
• 3.1 原料特征分析26-29
• 3.2 不同酸预处理方式对秸秆结构和组分的影响29-35
• 3.2.1 秸秆挥发性固体含量的变化29-30
• 3.2.2 秸秆成分的变化30-35
• 3.3 不同酸预处理方式对发酵初始pH值的影响35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 酸预处理对混合原料厌氧发酵的影响36-92
• 4.1 硫酸预处理对混合发酵的影响36-51
• 4.1.1 发酵产气特性36-44
• 4.1.2 底物特性分析44-51
• 4.1.3 原料降解对产气的影响51
• 4.2 乙酸预处理对混合发酵的影响51-66
• 4.2.1 发酵产气特性51-59
• 4.2.2 底物特性及其对产气的影响分析59-65
• 4.2.3 原料降解对产气的影响65-66
• 4.3 磷酸预处理对混合发酵的影响66-80
• 4.3.1 发酵产气特性66-73
• 4.3.2 底物特性及其对产气的影响分析73-79
• 4.3.3 原料降解对产气的影响79-80
• 4.4 最佳条件下不同酸处理比较80-89
• 4.4.1 发酵产气特性80-84
• 4.4.2 底物特性及其对产气的影响分析84-89
• 4.5 本章小结89-92
• 第5章 问题与展望92-94
• 5.1 存在的问题92
• 5.2 展望92-94
• 第6章 结论94-96
• 参考文献96-101
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果101-102
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作102-103
• 致谢103

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