中草藥殘渣好氧厭氧耦合發(fā)酵產(chǎn)甲烷特性

【摘要】：在中國中草藥殘渣(Chinese Herb-extraction Residues,CHER)的年產(chǎn)量在100萬噸以上,是一種重要的固體有機廢棄物。中草藥工業(yè)的迅猛發(fā)展給我國經(jīng)濟發(fā)展城鎮(zhèn)化建設做出了貢獻,而與此同時在中草藥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CHER也給生態(tài)環(huán)境帶來不可忽視的壓力。CHER中富含糖類、甙類、蔥酮、木質(zhì)素、生物堿、靴質(zhì)和粗蛋白等有機化合物,如處理不當會對周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴重打擊。目前針對CHER比較常見的處理方式是衛(wèi)生填埋和焚燒,然而這些處理方式會不可避免的對周邊地下水源、土壤和空氣造成二次污染。與此同時,CHER也是一種能夠被厭氧微生物降解發(fā)酵利用的生物質(zhì)資源,但CHER中中性洗滌纖維(NDF)約占50%左右,由于木質(zhì)素的物理屏蔽作用,阻礙了微生物細胞胞外酶與纖維素、半纖維素的接觸,限制CHER中纖維素、半纖維素的水解速率,導致其厭氧發(fā)酵過程緩慢,VS產(chǎn)甲烷率較低?？梢娔举|(zhì)素的降解是水解酸化的首要步驟,而木質(zhì)素最初的裂解需要分子氧的存在,未經(jīng)過好氧處理的木質(zhì)素幾乎不能在厭氧環(huán)境下被微生物降解。為此將厭氧發(fā)酵分成兩相進行,即首先對CHER進行中溫好氧水解產(chǎn)酸發(fā)酵,之后進行產(chǎn)甲烷發(fā)酵試驗,并且將不同種類的中草藥殘渣(CHER)的單相厭氧產(chǎn)甲烷發(fā)酵過程與好氧厭氧兩相耦合產(chǎn)甲烷發(fā)酵過程進行對比,將過程中甲烷累積產(chǎn)量、VS甲烷產(chǎn)率、日產(chǎn)甲烷量以及TS降解率等參數(shù)進行深入的對照研究。結(jié)果表明:(1)好氧厭氧兩相耦合發(fā)酵模式對改善兩種CHER產(chǎn)甲烷潛能提高厭氧發(fā)酵的累積甲烷產(chǎn)量、VS甲烷產(chǎn)率和日產(chǎn)甲烷量均有顯著效果,對累積甲烷產(chǎn)量最大提升率為35.7%,對VS甲烷產(chǎn)率的最大提升率為31.1%,對日產(chǎn)甲烷量的最大提升率為52.4%。(2)好氧水解酸化微生物能夠有效的破壞木質(zhì)素的物理屏蔽使更多的纖維素、半纖維素被降解,好氧厭氧耦合發(fā)酵模式相對于單相厭氧發(fā)酵對兩種CHER的TS降解率有顯著的提升。(3)不同好氧水解發(fā)酵時長對兩種CHER厭氧產(chǎn)甲烷發(fā)酵的各項指標的提升差別顯著。在本試驗中在對兩種中草藥殘渣好氧水解酸化發(fā)酵24h時,CHER-A的累積甲烷產(chǎn)量提升了30.9%,VS甲烷產(chǎn)率提升了23.6%,最大日產(chǎn)甲烷量提升了25.5%,底物TS降解率提升到37.9%;CHERB的累積甲烷產(chǎn)量提升了35.7%,VS甲烷產(chǎn)率提升了31.1%,最大日產(chǎn)甲烷量提升了52.4%,底物TS降解率提升到了40.0%。所以,在好養(yǎng)厭氧耦合發(fā)酵模式中好氧水解酸化發(fā)酵相的最佳運行時長為24小時。 【關鍵詞】：中草藥殘渣 兩相耦合發(fā)酵 VS甲烷產(chǎn)率 累積甲烷產(chǎn)量 TS降解率
【學位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X787;TQ221.11
【目錄】：

• 摘要8-9
• 英文摘要9-11
• 1 前言11-24
• 1.1 研究意義與目的11-13
• 1.1.1 研究的意義11-12
• 1.1.2 研究的目的12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 國內(nèi)外生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況13-14
• 1.2.2 中草藥殘渣的特性14-16
• 1.2.3 中草藥殘渣的處理現(xiàn)狀16-17
• 1.3 厭氧發(fā)酵原理17-20
• 1.3.1 厭氧發(fā)酵中微生物的協(xié)同作用17-19
• 1.3.2 溫度、pH、微量元素對厭氧發(fā)酵的影響19
• 1.3.3 底物成分對厭氧發(fā)酵的影響19-20
• 1.4 中草藥殘渣好氧厭氧耦合發(fā)酵20-21
• 1.5 研究內(nèi)容與技術(shù)路線21-24
• 1.5.1 研究內(nèi)容21-22
• 1.5.2 技術(shù)路線22-24
• 2 材料和方法24-34
• 2.1 試驗材料24-27
• 2.1.1 試驗裝置24
• 2.1.2 發(fā)酵原料和接種物24-26
• 2.1.3 試驗儀器與試劑26-27
• 2.2 試驗測定項目及方法27-34
• 2.2.1 TS與VS的測定27-28
• 2.2.2 pH的測定28
• 2.2.3 產(chǎn)氣體積及成分測定28-29
• 2.2.4 總凱氏氮的測定29-30
• 2.2.5 總糖和還原糖的測定30-32
• 2.2.6 脂肪的測定32-34
• 3 試驗方案設計34-37
• 3.1 CHER兩相耦合發(fā)酵試驗設計34-36
• 3.1.1 好氧水解酸化相試驗設計34-35
• 3.1.2 厭氧產(chǎn)甲烷相試驗設計35-36
• 3.2 CHER單相厭氧發(fā)酵試驗設計36-37
• 4 結(jié)果與討論37-48
• 4.1 兩種CHER單相厭氧發(fā)酵結(jié)果分析37-38
• 4.2 兩種CHER兩相耦合發(fā)酵結(jié)果分析38-45
• 4.2.1 好氧水解酸化相結(jié)果分析38-39
• 4.2.2 厭氧產(chǎn)甲烷相結(jié)果分析39-45
• 4.3 方差分析45-48
• 5 結(jié)論與建議48-50
• 5.1 結(jié)論48
• 5.2 建議48-50
• 致謝50-51
• 參考文獻51-56
• 附錄56-57
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文57

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