纤维素酶添加对玉米秸秆厌氧消化产甲烷的影响

发布时间：2019-09-25 13:29

【摘要】：我国每年生产的秸秆总量约为7.4×108吨,大部分被燃烧或者浪费。以秸秆为原料生产甲烷是常用且有效的生物质处理方式,有利于经济、环境、生态的可持续发展。秸秆生物质由于复杂的木质纤维素结构,使得水解酸化成为厌氧消化过程中主要的限速步骤,从而影响到后续的产甲烷过程。本文通过纤维素酶和牛血清蛋白的添加,来提高水解反应,增加厌氧消化过程的气体产量。本研究以玉米秸秆为原料,考察了将纤维素酶和牛血清蛋白直接加入厌氧反应系统对厌氧消化的影响,及纤维素酶和牛血清蛋白预处理对玉米秸秆水解和厌氧消化的影响。通过考察厌氧消化过程中物质的变化和产气情况、以及预处理后水解与产气的关系,研究了纤维素酶和牛血清蛋白的作用机理和作用效果。主要研究结果如下：将纤维素酶在厌氧反应的前期(1 d)、中期(10 d)和后期(20 d)分别加入厌氧反应系统,累积产气量较不添加纤维素酶的对照组分别提高了18.66%、10.39%和1.93%。实验结果表明,在不同时间添加纤维素酶均可促进厌氧反应的进行,但前期添加更为明显。在厌氧消化过程中添加纤维素酶可以有效提高厌氧消化的水解过程,对后续的产酸产甲烷过程有一定的促进作用。反应前期向厌氧消化系统中添加牛血清蛋白和纤维素酶,发现牛血清蛋白联合纤维素酶添加的厌氧反应系统与仅添加纤维素酶的反应系统相比,累积产气量提高8%左右,但对水解酸化的影响更为显著。用纤维素酶对玉米秸秆进行酶预处理,以酶用量、预处理时间和底物浓度为考察指标,得出最佳的酶预处理条件为酶用量30 FPU/g,预处理时间为24 h,底物浓度为60 g/L。在此预处理条件下,累积产气量达到249.01 ml/g VS,最大产气速率达到23.77ml/g VS·d。与不进行酶预处理的对照组相比,产气高峰提前了3 d,累积产气量提高了36.9%。通过牛血清蛋白辅助纤维素酶预处理玉米秸秆实验,发现牛血清蛋白可以明显促进纤维素酶的水解产糖量,当牛血清蛋白投加量为0.08g/g时,还原糖量提高了31.3%,达到228.7 mg/g。随后添加接种污泥进行发酵实验,发现与仅用酶预处理的秸秆相比,牛血清蛋白辅助纤维素酶预处理后对累积产气量的变化几乎没有影响。说明牛血清蛋白在厌氧消化过程中仅仅影响了水解阶段酶的活性,对后续的产酸产甲烷中酶活没有影响。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X712

【相似文献】