馬鈴薯莖葉與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵特性及工藝參數(shù)研究

【摘要】：我國馬鈴薯莖葉的年產(chǎn)量巨大，但利用率極低，除極少數(shù)應(yīng)用于有機肥料、畜禽飼養(yǎng)和厭氧發(fā)酵制氣，大部分馬鈴薯莖葉都被丟棄在田間，任其自然風(fēng)干、腐爛或者直接焚燒。而馬鈴薯莖葉中含有豐富的營養(yǎng)元素，是一種良好的沼氣原料，且含有豐富的鉀元素，厭氧發(fā)酵后的沼渣，可以作為優(yōu)質(zhì)的沼肥施用于土壤中，以補充鉀肥的不足。只要在發(fā)酵前做好充分的預(yù)處理，在發(fā)酵過程中適當(dāng)添加的補充碳源，能夠獲得較好的沼氣產(chǎn)氣率，并可作為高碳沼氣原料的氮素補充源。 本文在探索馬鈴薯莖葉物料特性的基礎(chǔ)上，以曬干的馬鈴薯莖葉為材料，研究不同預(yù)處理條件下馬鈴薯莖葉纖維成分的降解速度和效果，以及厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)氣量、CH4含量及H2S含量的變化特性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了三因素正交試驗，探求預(yù)處理馬鈴薯莖葉的最佳工藝條件。最后應(yīng)用二次正交旋轉(zhuǎn)組合的多因素研究方法，探索了馬鈴薯莖葉和玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵的特性、數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化工藝參數(shù)，以期為沼氣生產(chǎn)提供理論依據(jù)和應(yīng)用參考。 論文主要研究內(nèi)容和結(jié)果包括以下方面： （1）干鮮馬鈴薯莖葉物料和厭氧發(fā)酵特性研究。分別對干、鮮馬鈴薯莖葉進(jìn)行厭氧發(fā)酵，研究其物料和產(chǎn)氣特性。試驗結(jié)果表明：干馬鈴薯莖葉的厭氧發(fā)酵過程啟動較慢，周期較長，但TS產(chǎn)氣量較高，TS產(chǎn)氣量288.87ml·g-1，平均甲烷含量50.80%（v/v）。新鮮馬鈴薯莖葉的厭氧發(fā)酵過程啟動快，周期短，但TS產(chǎn)氣量較低，TS產(chǎn)氣量239.73ml·g-1，平均甲烷含量41.70%（v/v）。 （2）馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵預(yù)處理單因素試驗研究。分別以干馬鈴薯莖葉粒徑d60目、60目d40目、40目d20目、d20目和不篩分；沼液浸泡干馬鈴薯莖葉0、2、4、6、8天；木醋液浸泡干馬鈴薯莖葉0、2、4、6、8天；木醋浸泡液稀釋倍數(shù)0、50、100、150、200倍為條件，對馬鈴薯莖葉進(jìn)行了單因素厭氧發(fā)酵試驗，結(jié)果表明：粒徑大小d60目的試驗組產(chǎn)氣潛力最大，粗纖維CF、酸性洗滌纖維ADF、酸性洗滌木質(zhì)素ADL的平均降解率、TS產(chǎn)氣量和平均甲烷含量分別為61.47%、226.13ml·g-1和51.04%（v/v）。沼液浸泡4d和2d的試驗組產(chǎn)氣潛力相對較大，木醋液浸泡2d和4d的試驗組產(chǎn)氣潛力相對較大，沼液浸泡和木醋液浸泡后馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵的TS產(chǎn)氣量和平均甲烷含量無明顯差別，但木醋液浸泡后的馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣中的H2S含量明顯低于沼液浸泡組。稀釋50倍、100倍和150倍試驗組產(chǎn)氣潛力相對較大，其中稀釋100倍試驗組TS產(chǎn)氣量最高為190.48ml·g-1。稀釋50倍試驗組的CF、ADF、ADL平均降解率和平均甲烷含量均達(dá)到最高最高為63.37%、57.19%（v/v）。 （3）馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵預(yù)處理工藝優(yōu)化研究。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行三因素三水平正交試驗。結(jié)果表明：干馬鈴薯莖葉粒徑為80目d60目，木醋液浸泡時間為3天，木醋液稀釋倍數(shù)為100倍的工藝，TS產(chǎn)氣量為243.54ml·g-1,平均甲烷含量為59.83%（v/v），優(yōu)于其他工藝。 （4）馬鈴薯莖葉和玉米秸稈二次正交旋轉(zhuǎn)組合厭氧發(fā)酵試驗。以料液濃度、碳氮比、菌種質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為試驗條件，應(yīng)用二次正交旋轉(zhuǎn)組合的多因素研究方法，探索了馬鈴薯莖葉和玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵的特性、數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化工藝參數(shù)。結(jié)果表明：料液濃度是影響總產(chǎn)氣量和平均甲烷含量的主要因素。馬鈴薯莖葉和玉米秸稈混合原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣數(shù)量最高的工藝參數(shù)為：料液濃度10.40%、碳氮比17.50：1和菌種質(zhì)量百分?jǐn)?shù)20.80%。混合原料發(fā)酵產(chǎn)氣質(zhì)量最高工藝參數(shù)為：料液濃度11.20%、碳氮比18.70：1、菌種質(zhì)量百分?jǐn)?shù)21.50%。 【關(guān)鍵詞】：馬鈴薯莖葉 玉米秸稈 預(yù)處理 產(chǎn)氣特性 混合發(fā)酵
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X71
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 導(dǎo)論12-20
• 1.1 研究背景12
• 1.2 馬鈴薯莖葉和玉米秸稈的資源分布及特性12-14
• 1.2.1 馬鈴薯莖葉的資源分布及特性12-14
• 1.2.2 玉米秸稈的資源分布及特性14
• 1.3 馬鈴薯莖葉和玉米秸稈資源化利用現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 馬鈴薯莖葉資源化利用現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 玉米秸稈資源化利用現(xiàn)狀15-17
• 1.4 研究的目的和意義17
• 1.5 研究內(nèi)容及技術(shù)路線17-20
• 1.5.1 研究內(nèi)容17-18
• 1.5.2 技術(shù)路線18-20
• 第二章 干鮮馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵比較試驗20-26
• 2.1 材料與方法20-23
• 2.1.1 試驗裝置20
• 2.1.2 試驗材料20-21
• 2.1.3 試驗設(shè)計21-22
• 2.1.4 測定方法22-23
• 2.2 結(jié)果與分析23-25
• 2.2.1 干鮮馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的變化23-24
• 2.2.2 干鮮馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵甲烷含量的變化24-25
• 2.3 小結(jié)25-26
• 第三章 馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵預(yù)處理單因素試驗26-42
• 3.1 材料與方法26-27
• 3.1.1 試驗裝置26
• 3.1.2 試驗材料26
• 3.1.3 試驗設(shè)計26-27
• 3.1.4 測定方法27
• 3.2 結(jié)果與分析27-40
• 3.2.1 粒徑對馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響27-31
• 3.2.2 沼液浸泡對馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響31-33
• 3.2.3 木醋液浸泡對馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響33-40
• 3.3 小結(jié)40-42
• 第四章 馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵預(yù)處理工藝正交試驗42-51
• 4.1 材料與方法42-43
• 4.1.1 試驗裝置42
• 4.1.2 試驗材料42
• 4.1.3 試驗設(shè)計42-43
• 4.1.4 測定方法43
• 4.2 結(jié)果與分析43-50
• 4.2.1 馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵預(yù)處理正交試驗產(chǎn)氣量變化43-47
• 4.2.2 馬鈴薯莖葉厭氧發(fā)酵預(yù)處理正交試驗甲烷含量變化47-50
• 4.3 小結(jié)50-51
• 第五章 馬鈴薯莖葉與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵多因素試驗51-67
• 5.1 材料與方法51-53
• 5.1.1 材料與裝置51
• 5.1.2 試驗設(shè)計51-53
• 5.2 結(jié)果與分析53-66
• 5.2.1 混合原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量回歸模型的建立53-57
• 5.2.2 混合原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量回歸模型的分析57-59
• 5.2.3 混合原料厭氧發(fā)酵甲烷含量回歸模型的建立59-63
• 5.2.4 混合原料厭氧發(fā)酵甲烷含量回歸模型的分析63-66
• 5.3 小結(jié)66-67
• 第六章 結(jié)論與討論67-69
• 6.1 結(jié)論67-68
• 6.2 討論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 致謝74-75
• 作者簡介75

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