氨钾复合改性稻草批式与序批式厌氧消化性能试验研究

发布时间：2020-04-18 15:00

【摘要】：稻草中含有的木质素阻碍了纤维素和半纤维素与微生物接触的可及度,制约了厌氧消化的进程,而目前单一改性试剂无法满足破坏复杂木质纤维素结构的需求。同时,单级CSTR厌氧反应器的完全混合设置,导致了物料“短流”现象,未完全消化的物料会随出料排出,限制了厌氧消化潜能。因此,本研究设计采用KOH与氨水对稻草进行复合改性的方式,更高效地破坏纤维素晶体结构,提升纤维素、半纤维素与厌氧微生物的可及度,并进一步提高厌氧消化产气性能,提高沼渣沼液的营养价值和经济价值。并采用两级厌氧消化系统,解决CSTR反应器的“短流”问题,提高厌氧消化效率。1、研究了不同氨水-氢氧化钾浓度混合配比对于稻草批式厌氧消化产气性能的影响,结果表明:1%KOH+1%NH3改性效果最好,最高日产气量为1350mL,相比未处理组提高了 35.0%。甲烷含量稳定在58%-63%范围内,累积产甲烷量为9824.3 mL,比未处理组提高15.3%。单位VS产气率,相比未处理组提高了 16.0%。TS降解率和VS降解率,分别比未处理组提高14.2%和21.8%。2、研究了采用1%KOH+1%NH3对稻草秸秆改性对于单级序批(HRT48d)厌氧消化性能的影响。结果表明,改性组(R1)容积产甲烷率比未处理组(R0)提高了 4.5%-5.9%,TS去除率为48.4%-55.4%。同时R1体现出更优的系统缓冲能力。在当进料负荷为90 gTS·L-1时,系统稳定性出现明显波动,相比未处理组能更快恢复稳定状态。3、研究了在氨钾复合改性条件下,对稻草不同两级序批(HRT36+12d、HRT24+24d)厌氧消化性能的影响。结果表明,两级系统中厌氧消化主要在第一级反应器中进行,HRT24+24d第一级反应器VS去除率占总去除率的85.1%-97.2%,HRT36+12d第一级反应器VS去除率占总去除率的87.5%-97.3%。其中HRT36+12d两级系统的单位VS产甲烷量要比HRT24+24d两级厌氧消化系统提高4.01%-4.05%,比改性单级厌氧消化系统(R1)单位VS产气量提高了 10.4%-13.3%,比未处理单级厌氧消化系统(R0)提高了 16.9%-19.5%。同时,HRT36+12d 两级比 HRT24+24d 两级体现出更好的系统稳定性。在进料负荷为85 gTS·L-1时,不同两级厌氧消化系统稳定性均出现了明显波动,而HRT24+24d系统发生的更早,且恢复时间较长,这主要是因为HRT24+24d第一级反应器每日进料量更大,对系统的冲击更大,恢复时间较长。一级动力学、R-X图解法对单级和两级厌氧消化系统进行模拟,两级厌氧消化系统的水解速率和运行效果优于单级系统。4、通过高通量测序对单级、两级(HRT36+12d)第一级和第二级厌氧消化系统微生物多样性及群落结构组成进行分析,分别记为R1和HRT36+12-Ⅰ、HRT36+12-Ⅱ。两级厌氧消化的第一级系统能够提高细菌丰度,而第二级系统能明显提高细菌种群多样性,与单级系统细菌菌群差异性较大。在古菌菌群分布上,广古菌门(Euryarchaeota)作为优势菌门,在HRT36+12-I、HRT36+12-II、和R1样本中的相对含量分别为51.2%、70.2%和36.2%,优势属为甲烷杆菌属(Methanobbacterum)。
【图文】：

统计局２０１７年发布数据显示，，２０１６年我国农作物产量及秆量如表１－１所示中，稻谷产量为为２．０７亿吨，种植面积结构占比１８．１１％，稻草结杆产量为１．８６。逡逑表１－１我国农作物产量及秸秆量（２０１６年）逡逑Ｔａｂｌｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｃｒｏｐｓ邋ａｎｄ邋ｓｔｒａｗ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１６逡逑作物产量逦Ｍ逦稍秆量逡逑农作物逦稻谷比［２］逡逑（亿吨）逦（亿吨）逡逑稻谷逦２．０７逦０．９逦１．８６逡逑小麦逦１．２９逦１．１逦１．４２逡逑玉米逦２．２０逦１．２逦２．６４逡逑豆类逦０．１７逦１．６逦０．２７２逡逑逦０Ｊ３逦０＾逦０．１６５．１．２稻草的姞逡逑

一技术路线图
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X71;X172

【参考文献】

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本文编号：2632214