以玫瑰秸秆为原料厌氧发酵影响因素的研究

发布时间：2020-06-07 11:54

【摘要】：我国的花卉产业正日益兴盛,伴随而来的是花瓣及其秸秆等废弃物的增多。如何对它们进行有效处置,已是我国花卉产业所面临的重要问题。因此,本课题以废弃玫瑰秸秆来厌氧发酵产沼气,使秸秆资源最大化利用,既避免焚烧带来的污染,同时还达到产生绿色能源沼气的目的,实现环保与经济效益的双重效应。本课题分别探究了起始pH值、温度、接种物与其接种量、氧化乐果农药这些因素对厌氧发酵产气效果的影响,通过正交试验分析得出四个因素对其影响程度大小和最佳试验方案,并给予验证。主要研究内容和结论如下:(1)不同起始pH值对废弃玫瑰秸秆厌氧发酵的影响。试验分别调节起始pH值为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0,结果表明:起始pH为7.0时,甲烷菌的代谢活动最旺盛,在产气过程中辅酶F420含量相对较高。其最终累积产气量明显最大,为4599ml,日产气中平均甲烷含量也是最高的。起始环境偏酸性或偏碱性,都可以抑制甲烷菌的代谢活动。由此推断,起始pH为7.0的环境最有利于甲烷菌的代谢活动。(2)探究不同温度对废弃玫瑰秸秆厌氧发酵的影响。试验结果表明:温度为35.0℃的试验组的挥发酸含量(VFA)及pH值都在正常范围内。比其它温度下的试验组更具优势,可以使得系统发酵正常进行。且在反应周期内的总产气量最大,其值是7065ml。发酵料液前后TS和VS的变化最为明显,下降率最大为35.96%,45.94%。因此,发酵体系温度是35.0℃对提高废弃玫瑰秸秆厌氧消化产气效果最佳。(3)研究了不同接种物与配比对厌氧发酵产气的影响。试验结果表明:所选接种物种类的差异会引起厌氧发酵产气效果的改变,相同质量的猪粪作为接种物,效果普遍优于鸡粪。接种量偏小时,产甲烷菌数量少,酸化现象明显,抑制甲烷菌的产气效果,推迟反应的发生。猪粪与玫瑰秸秆质量比为3.0:1.0的试验组在提高其发酵料液中辅酶F420浓度、维持厌氧发酵正常pH值的能力较其他试验组突出,最终累积产气量最大,其值为5126ml,VS与TS降低程度最大。因此,以猪粪为接种物,且接种比为3.0:1.0的条件有利于提高玫瑰秸秆厌氧发酵产气量。(4)通过试验得出氧化乐果可以在玫瑰秸秆厌氧发酵过程中得以降解。在试验所设计的条件下,所有浓度梯度范围内均得到降解。氧化乐果的含量介于0~90 mg/l范围内,产气中甲烷含量差别较小,但当氧化乐果浓度超过100 mg/l时,产甲烷量明显下降,尤其是在150 mg/l时,表现更为显著。可见,高浓度的氧化乐果抑制了产气中甲烷含量的增加。(5)运用spss软件对正交试验的数据进行分析,得出对废弃玫瑰厌氧发酵产气情况影响大小的主次顺序为:氧化乐果浓度猪粪秸秆质量比温度起始pH值。对气体中平均甲烷含量影响大小的主次顺序为:猪粪秸秆质量比氧化乐果浓度温度起始p H值。综合考虑,猪粪秸秆质量比对平均甲烷含量这一指标影响远小于对总产气量的影响。因此,废弃玫瑰秸秆作为底物进行发酵产气的最优试验方案是:A2B3C2D1。此方案经试验验证得到其最终累积产气量是5208ml,平均甲烷含量是63.78%。
【图文】：

图 1-3 我国玫瑰的分布区域及所占比例1.2.2 玫瑰秸秆利用现状玫瑰在其种植过程中同其他花卉一样，需要不定时的进行修剪，相互遮的枝条、枯枝、病枝、营养不良的花瓣等都需被及时去除，否则易出现地下地上的重心不稳等后果，导致产量和质量大幅减少。在发展玫瑰产业的过程中，必然会带来对大量废弃花瓣、枝叶、秸秆等处理的问题。现在关于玫瑰秸秆最常处理的形式有[21-24]：直接填埋或堆沤后还田，能优化土壤品质与保水性能，从而增加其中原本含有的有机物并且增多水分比例。作为有机肥，经加工后为植物提供重要的有机肥源，在加工处理时可以除所含有的有害物，还能产生有机酸等有益物，然而由于其转化期的时间之而不能做当季的肥源，同时，与土壤中的微生物的竞争关系，争夺土壤中的等元素，导致产量的减少。作为漂浮育苗的营养基质，，经腐熟后可以为其提碳、氮、矿物质等必要的营养成分。作为燃料，直接将其燃烧。理论上，1

图 1-4 甲烷的整个形成过程依据厌氧发酵进行期间是否有甲烷气体的生成，大体划为不产甲烷部分与产甲烷部分。其水解和酸化环节都发生于不产甲烷部分。在发酵周期的初始，不产甲烷阶段占据主导地位，少量的产甲烷阶段也在微弱进行着。而到反应周期末，两个过程彼此不分，同时伴随着进行。在水解这一漫长的环节中，淀粉、纤维素等多糖、蛋白质及脂类物质在相关水解性细菌的作用下分别被水解为单糖、氨基酸及甘油和脂肪酸等这类简单化合物[28]。接着单糖再进一步分解成丙酮酸；氨基酸转变为有机酸和氨；脂肪酸与甘油再转化成丙酸、丁酸、醇类与氨。在酸化环节中，上一环节生成的各种有机酸在相关酶的协助下，分解为乙酸及少量氢气和大量的二氧化碳气体，脂肪酸与甘油再转化成丙酸、丁酸、醇类与氨等。其中参与此过程的主要是产氢产乙酸菌群[29]。在产甲烷阶段，厌氧的产甲烷菌群开始活跃起来，将在不产甲烷阶段的酸化环节中产生的乙酸、氢气、二氧化碳经过反应后转变成甲烷。甲烷的形成
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X71

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本文编号：2701377