秸稈與糞便預(yù)混處理技術(shù)及產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：光合生物制氫過(guò)程中,制氫原料問(wèn)題一直是制約其發(fā)展的主要問(wèn)題之一,其中,木質(zhì)纖維因其廉價(jià)、易得而被廣泛的認(rèn)為是極具潛力的制氫原料,它可以通過(guò)多種微生物的發(fā)酵作用最終轉(zhuǎn)化為可被光合細(xì)菌直接利用的糖類(lèi),最終通過(guò)光合生物制氫過(guò)程轉(zhuǎn)化為清潔的可再生能源氫氣,因此,木質(zhì)纖維素的降解轉(zhuǎn)化過(guò)程是目前研究的重點(diǎn)之一。此外,隨著畜牧業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展,畜牧業(yè)的養(yǎng)殖規(guī)模日益擴(kuò)大,畜牧業(yè)的污染問(wèn)題也變得日益嚴(yán)峻,受到人們的廣泛關(guān)注,成為我國(guó)乃至全球性的污染問(wèn)題,其中,尤以畜禽糞便為主要污染源,因此,研究如何解決畜禽糞便污染就顯得迫在眉睫。本論文在是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“超微化秸稈類(lèi)生物質(zhì)光合連續(xù)產(chǎn)氫過(guò)程及代謝熱研究”(項(xiàng)目編號(hào)：50976029)的資助下完成的。本文首先研究了大型食草畜類(lèi)糞便的內(nèi)部特性(含有纖維素分解菌),并結(jié)合了木質(zhì)纖維素可被纖維素分解菌分解的特點(diǎn),將二者有機(jī)結(jié)合起來(lái),使用糞便與秸稈粉碎物混合的方法預(yù)處理秸稈與糞便,使其中的纖維素分解菌進(jìn)一步生長(zhǎng),并分解底物中的木質(zhì)纖維素,最終產(chǎn)出還原糖。在過(guò)程中,使用RSM設(shè)計(jì)分析的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明： (1)通過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)研究得出,奶牛糞中確實(shí)含有纖維素分解菌。通過(guò)單因素試驗(yàn),研究得出pH,溫度和預(yù)處理時(shí)間對(duì)奶牛糞中的纖維素分解菌的生長(zhǎng)有較為明顯的影響,再以此為基礎(chǔ)進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面實(shí)驗(yàn),最終得出交互作用下,修正后最佳的實(shí)驗(yàn)因素條件為：預(yù)處理時(shí)間為5d、pH值為5.9、溫度為49℃時(shí),其回歸方程為OD值=1.82-0.043X1-0.063X2+0.12X3+0.013X1X2-0.99X1X3-0.031X2X3-0.51X12-0.4X22-0.38X32預(yù)測(cè)范圍內(nèi)最高OD值為：1.8284,即還原糖含量為：1.2804mg/mL。 (2)通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn),將奶牛糞與秸稈粉物混合進(jìn)行處理,以pH、溫度、時(shí)間、粒徑為研究因素,先進(jìn)行單因素試驗(yàn),確定最適合的粒徑為0.097mm,在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面實(shí)驗(yàn),得出：修正后最佳的實(shí)驗(yàn)條件為：時(shí)間6.3d、pH值4.9、溫度48℃此時(shí)OD值最高,即還原糖含量最高,回歸方程為： OD值=2.67-0.062A-0.12B+0.18C+0.029AB-0.14AC-0.048BC-0.72A2-0.57B2-0.57C2,在回歸方程基礎(chǔ)上,預(yù)估計(jì)最大OD值為：2.6972,在實(shí)際驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中OD值為：2.6263,相差極小,證明此回歸方程模擬度極好,極為有效。 (3)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選取幾個(gè)特殊特定點(diǎn),進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn),之后馬上進(jìn)行產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn),得出經(jīng)過(guò)修正后的響應(yīng)面預(yù)測(cè)優(yōu)化條件下處理的底物產(chǎn)氫效果最好,產(chǎn)氫量最大。 【關(guān)鍵詞】：秸稈 糞便 響應(yīng)面 還原糖
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：S216
【目錄】：

• 致謝4-8
• 摘要8-9
• 1 文獻(xiàn)綜述9-17
• 1.1 研究背景9-13
• 1.1.1 能源危機(jī)與燃燒污染問(wèn)題9-11
• 1.1.2 世界可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.1.3 畜禽糞便污染問(wèn)題12-13
• 1.2 光合生物制氫研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 糞便處理研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 課題研究的內(nèi)容和意義15-17
• 1.4.1 課題的意義15
• 1.4.2 課題研究的目標(biāo)15-16
• 1.4.3 課題研究的內(nèi)容16-17
• 2 實(shí)驗(yàn)材料與方法17-23
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料的制備17-18
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置18-19
• 2.2.1 測(cè)定使用裝置18-19
• 2.2.2 產(chǎn)氫使用裝置19
• 2.3 主要參數(shù)的測(cè)定19-21
• 2.3.1 還原糖含量的測(cè)定19-20
• 2.3.2 菌液 pH 值的測(cè)定20
• 2.3.3 光照強(qiáng)度測(cè)定20
• 2.3.4 氫氣產(chǎn)量及含量的測(cè)定20-21
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)21-23
• 2.4.1 單一底物預(yù)處理的單因素影響實(shí)驗(yàn)21-22
• 2.4.2 單底物預(yù)處理響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)22
• 2.4.3 混合底物單因素實(shí)驗(yàn)22
• 2.4.4 混合底物響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)22-23
• 3 單一（純牛糞）底物預(yù)處理過(guò)程研究及工藝優(yōu)化23-33
• 3.1 單因素牛糞底物預(yù)處理工藝條件研究23-25
• 3.1.1 pH 對(duì)底物 OD 值變化的影響23
• 3.1.2 預(yù)處理溫度對(duì)底物 OD 值變化的影響23-24
• 3.1.3 預(yù)處理時(shí)間24-25
• 3.2 多因素交互影響下牛糞中纖維素分解菌生長(zhǎng)的條件響應(yīng)面優(yōu)化25-33
• 3.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果25
• 3.2.2 響應(yīng)面模型符合度分析25-27
• 3.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方差分析27
• 3.2.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)回歸分析與回歸曲線27
• 3.2.5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)交互作用分析27-30
• 3.2.6 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)工藝條件優(yōu)化30-33
• 3.3 本章小結(jié)33
• 4 混合底物處理過(guò)程研究及因素條件優(yōu)化33-44
• 4.1 混合底物中纖維素分解菌作用效果的單因素條件研究33-36
• 4.1.1 pH 值對(duì)底物 OD 值的影響33-34
• 4.1.2 預(yù)處理溫度對(duì) OD 值的影響34
• 4.1.3 預(yù)處理時(shí)間對(duì) OD 值的影響34-35
• 4.1.4 粒徑大小對(duì) OD 值的影響35-36
• 4.2 混合底物中還原糖含量的多因素交互影響優(yōu)化36-44
• 4.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)36
• 4.2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果36
• 4.2.3 響應(yīng)面模型符合度分析36-38
• 4.2.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方差分析38
• 4.2.5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)回歸分析與回歸曲線38
• 4.2.6 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)交互作用分析38-42
• 4.2.7 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化與驗(yàn)證42-44
• 4.3 本章小結(jié)44
• 5 牛糞與秸稈粉碎物混合預(yù)處理工藝驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)44-45
• 5.1 光合產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)的條件設(shè)定44-45
• 5.2 光合產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析45
• 6 全文結(jié)論與建議45-49
• 6.1 結(jié)論45-48
• 6.2 建議48-49
• 參考文獻(xiàn):49-52
• ABSTRACT52-53

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