利用仿生反应器厌氧消化玉米秸秆研究

发布时间：2021-06-12 07:18

　　我国每年大量的玉米秸秆被闲置或焚烧,以玉米秸秆为原料厌氧消化生产沼气有利于环境、生态、资源的协调发展。玉米秸秆是草本木质纤维素生物质,其特殊的木质纤维结构使厌氧消化过程中秸秆的水解效率较低,从而影响后续产甲烷反应的有效进行。本文以玉米秸秆为原料,模拟反刍动物高效消化木质纤维素生物质的原理,设计了仿生厌氧消化反应器,并开展了厌氧消化研究,旨在提高玉米秸秆厌氧消化生产沼气的效率,通过分析玉米秸秆的产气情况、固相特性、液相特性以及它们的光谱学特性,考察了仿生反应器的可行性、系统运行的稳定性和产气的高效性；探讨了pH条件对玉米秸秆厌氧消化产沼气的影响。主要研究结果如下：构建了基于反刍动物消化策略的仿生反应器,反应器由上下两部分组成,中间用可更换式筛网隔开,形成完全消化与未完全消化物质的有效分离和液相回流的厌氧消化系统。该反应器模拟了反刍动物胃的区域化和食糜的分层,有机物从反应器上部玉米秸秆的固相释放到液体中,液体通过筛网过滤转移到反应器下部,使反应器上部玉米秸秆中固体含量逐渐减少,反应器下部液相中有机物有效增加。利用仿生反应器降解玉米秸秆,每24h将反应器下部液相的1/3回流到反应器上部固相,... 

【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图I-I玉米种植区分布图

木质纤维素的结构示意图(Rubin,200E)

和醇转化为醋酸及甲烧生成的厌氧消化过程），分别由细菌和古生菌完成（Batstoneetal., 2011 )。厌氧消化过程如图1-3所示。在水解阶段,纤维素和脂类等不溶的化合物被兼性菌和厌氧菌分泌的胞外水解酶分解成水溶性单体。在这个阶段液相环境中发生了化学反应，共价键断开。通常，糖类化合物的水解反应在几个小时内完成，蛋白质和脂质的水解可能需要数天，木质纤维素的降解比较缓慢且不能被完全降解（Deublein,2008)。厌氧微生物需要较低的氧化还原电势，兼性微生物可以适应水中存在部分氧分子的环境。水解阶段最终将糖类化合物转化为单糖类,脂肪转化为脂肪酸,蛋白质分解为氨基酸等（Gerardi，2003)。在酸化阶段，不同的兼性和厌氧菌将水解阶段形成的单体降解成短链的有机酸。由于中间产物中氢的不同消化产物的种类也不尽相同，主要包括C1-C5分子(如丁酸，丙酸和乙酸)、醇类、氢气?


本文编号：3226187