小麥秸稈的厭氧生物降解性能和降解機(jī)理研究

【摘要】：我國(guó)每年產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈，相對(duì)于傳統(tǒng)的生物質(zhì)廢棄物處理方法，厭氧發(fā)酵技術(shù)能夠?qū)⒔斩掃M(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生生物質(zhì)能源-秸稈生物氣（主要成分為甲烷和二氧化碳），而得到人們的廣泛關(guān)注。然而由于秸稈中木質(zhì)素與纖維素的鑲嵌結(jié)構(gòu)，以及對(duì)秸稈降解性能和降解機(jī)理的研究不足，導(dǎo)致了秸稈厭氧發(fā)酵的效率低下，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率不高，制約了秸稈厭氧發(fā)酵工業(yè)化的推廣。針對(duì)秸稈厭氧發(fā)酵的不足，論文以小麥秸稈為原料，以中溫干式厭氧發(fā)酵為基礎(chǔ)，提出了氨化厭氧發(fā)酵的新方法，研究了相關(guān)的工藝過(guò)程，闡明了小麥秸稈的結(jié)構(gòu)變化、厭氧生物降解性能和降解機(jī)理。 本論文的主要研究?jī)?nèi)容有三個(gè)部分。其一，以小麥秸稈為原料，在中溫條件下，研究了干式厭氧發(fā)酵快速啟動(dòng)的條件，優(yōu)化了快速啟動(dòng)的工藝；其二，采用紅外光譜(FTIR)、電子顯微鏡(SEM)、視頻光學(xué)接觸角測(cè)定儀(GBX)、熱重分析(TGA)等方法，研究了氨化處理前后小麥秸稈的微觀結(jié)構(gòu)變化；其三，詳細(xì)的研究了小麥秸稈的氨化厭氧發(fā)酵工藝和厭氧生物降解過(guò)程，對(duì)發(fā)酵前后秸稈成分的改變、發(fā)酵產(chǎn)氣量、COD濃度和發(fā)酵液pH等因素進(jìn)行了測(cè)定分析。 研究結(jié)果表明：（1）在中溫條件下，尿素添加量占秸稈質(zhì)量的4.5%，豬糞與秸稈的質(zhì)量比為1:2，污泥的接種量為發(fā)酵總量的45%時(shí)，秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率達(dá)到最佳，得到了秸稈干式厭氧發(fā)酵快速啟動(dòng)的最優(yōu)條件。（2）氨化處理使小麥秸稈纖維內(nèi)部發(fā)生明顯的變化，部分官能團(tuán)發(fā)生斷裂，纖維素與木質(zhì)素發(fā)生分離。氨化處理破壞了秸稈蠟質(zhì)層，表層由不親水變?yōu)橛H水，并且經(jīng)處理后的秸稈熱穩(wěn)定性增加，可以說(shuō)明小麥秸稈中纖維素類結(jié)構(gòu)的變化是干式厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量提高的內(nèi)在原因。（3）小麥秸稈氨化厭氧發(fā)酵工藝，其產(chǎn)氣量明顯高于常規(guī)的厭氧發(fā)酵工藝，發(fā)酵進(jìn)行了50d，氨化氧發(fā)酵工藝的累計(jì)產(chǎn)氣量達(dá)到11263.27ml，與未處理的麥秸產(chǎn)氣量5011.32ml相比，產(chǎn)氣量提高了55.6%；氨化預(yù)處理后的產(chǎn)氣時(shí)間與未處理的39d相比提前了5d，單位產(chǎn)氣量提高了15%。 【關(guān)鍵詞】：小麥秸稈 氨化處理 厭氧發(fā)酵 沼氣 生物質(zhì)能源
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X712
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 生物質(zhì)秸稈的組成11-12
• 1.3 干式厭氧發(fā)酵預(yù)處理的方法及研究進(jìn)展12-19
• 1.3.1 物理預(yù)處理法12-14
• 1.3.2 化學(xué)法14-16
• 1.3.3 物理化學(xué)方法16-18
• 1.3.4 生物法18-19
• 1.4 秸稈干式厭氧發(fā)酵技術(shù)的研究進(jìn)展19-20
• 1.4.1 國(guó)內(nèi)厭氧發(fā)酵技術(shù)的研究進(jìn)展19
• 1.4.2 國(guó)外厭氧發(fā)酵技術(shù)的研究進(jìn)展19-20
• 1.5 本課題的主要研究意義、研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.5.1 研究意義20
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容20-21
• 2 小麥秸稈中溫厭氧發(fā)酵工藝的優(yōu)化研究21-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和裝置21-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品21-22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置22
• 2.2 試驗(yàn)內(nèi)容22
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料22
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法22
• 2.3 檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法22-25
• 2.3.1 檢測(cè)項(xiàng)目22-23
• 2.3.2 檢測(cè)方法23-25
• 2.4 結(jié)果與討論25-29
• 2.4.1 尿素添加量對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響25-27
• 2.4.2 糞稈比對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響27-28
• 2.4.3 接種量對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響28-29
• 2.5 小結(jié)29-31
• 3 秸稈干式厭氧發(fā)酵氨化預(yù)處理的研究31-38
• 3.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器31-32
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品31
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器31-32
• 3.2 試驗(yàn)內(nèi)容32
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料32
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法32
• 3.3 檢測(cè)方法32
• 3.3.1 傅立葉變換紅外光譜檢測(cè)32
• 3.3.2 掃描電子顯微鏡32
• 3.3.3 接觸角測(cè)量32
• 3.3.4 熱重分析32
• 3.4 結(jié)果與討論32-37
• 3.4.1 預(yù)處理對(duì)小麥秸稈成分的影響32-33
• 3.4.2 氨化預(yù)處理對(duì)小麥秸稈感官的影響33
• 3.4.3 預(yù)處理對(duì)小麥秸稈化學(xué)特征的影響33-34
• 3.4.4 預(yù)處理對(duì)小麥秸稈結(jié)構(gòu)的影響34-35
• 3.4.5 預(yù)處理對(duì)表面親水性的影響35-36
• 3.4.6 預(yù)處理對(duì)小麥秸稈熱性能的影響36-37
• 3.5 小結(jié)37-38
• 4 秸稈干式厭氧發(fā)酵的研究38-47
• 4.1 實(shí)驗(yàn)藥品38-39
• 4.2 試驗(yàn)內(nèi)容39
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料39
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法39
• 4.3 檢測(cè)項(xiàng)目和方法39-40
• 4.4 結(jié)果與討論40-45
• 4.4.1 厭氧發(fā)酵前后秸稈成分的變化40-41
• 4.4.2 發(fā)酵過(guò)程中日產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化情況41-42
• 4.4.3 發(fā)酵過(guò)程中累計(jì)產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化情況42-43
• 4.4.4 對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣時(shí)間和單位產(chǎn)氣量的分析43
• 4.4.5 發(fā)酵過(guò)程中COD的去除隨時(shí)間的變化43-44
• 4.4.6 發(fā)酵過(guò)程中pH隨時(shí)間的變化44-45
• 4.5 小結(jié)45-47
• 5 結(jié)論與建議47-49
• 5.1 結(jié)論47-48
• 5.2 建議48-49
• 創(chuàng)新點(diǎn)49-50
• 致謝50-51
• 參考文獻(xiàn)51-56
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄56-57

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