玉米秸秆厌氧发酵的固态预处理技术研究
发布时间：2022-02-08 17:27
玉米秸秆作为我国分布范围广,产量较大的一种农业废弃物,其资源化利用受到广泛关注。利用厌氧发酵产甲烷技术处理玉米秸秆,是使其变废为宝的有效手段。但是,由于玉米秸秆结构致密、复杂,直接厌氧发酵存在产气效率低、发酵周期长的问题,预处理技术能够明显提高玉米秸秆厌氧发酵的效率。其中底物的化学预处理技术应用最为广泛,但是传统的化学预处理技术存在化学药剂用量大、预处理废液等问题。针对以上问题,本论文研究了玉米秸秆厌氧发酵的固态预处理技术。该技术化学药剂用量少,预处理过程中无废液产生,并且可在室温下、物料储存中进行,厌氧发酵前无需固/液分离。此外,采用的预处理药剂在发酵残余物中得以保留,对厌氧发酵残余物的资源化利用具有重要意义。本文以玉米秸秆为发酵底物,分别采用氢氧化钾（KOH）、尿素对玉米秸秆进行固态预处理。本研究的目的是探究不同预处理条件对玉米秸秆纤维组分和结构的影响,结合可溶性底物（SCOD）、挥发性脂肪酸（VFAs）和氨氮浓度分析玉米秸秆厌氧发酵产气性能,使用Modified Gompertz（GM）方程对试验数据进行模拟和理论预测,综合分析为玉米秸秆厌氧发酵工程化应用提供理论依据和参考。主要...
【文章来源】：江南大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
厌氧发酵四阶段理论
酆衔镏?磺掖嬖谟谙赴?壁中。它是由三种不同的无定形杂聚物组成的苯丙烷单元。木质素的主要作用是赋予植物结构支撑，不渗透性和抗微生物攻击和氧化应激的能力。木质素通常溶解于中性条件下180℃左右的水中。然而，木质素在酸性，中性或碱性环境中的溶解度取决于木质素的前体（香豆素，松柏醇，芥子醇或它们的组合）[19]。农作物秸秆含有大量的木质纤维素化合物，纤维素、半纤维素和木质素之间的紧密结构使秸秆难以降解并导致低的甲烷产率[20]，因此在厌氧发酵之前有必要对其进行预处理。木质纤维素生物质的预处理作用如图1-3所示[1]。预处理过程可以有效去除部分木质素和半纤维素，降低纤维素结晶度，并增加生物量的孔隙度（可及表面积），从而提高秸秆的发酵率[21]。图1-3木质纤维素生物质预处理机制Fig.1-3Schematicofpretreatmentforlignocellulosicbiomass1.4生物质秸秆厌氧发酵预处理技术的研究进展及应用现状近年来，研究者将注意力集中在秸秆厌氧发酵产沼气的预处理方法上。总体而言，预处理方法包括物理，化学，生物和组合预处理方法。高效的预处理技术需要满足以下几个要求：尽可能保留纤维素、半纤维素组分；最大限度地去除木质素；尽可能减少碳水化合物的损失；避免产生抑制水解酶和消化微生物活性的物质。在选择预处理方法时，应综合考虑上述所有要求以及预处理过程的成本和经济效益，以获得最终产品。
技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米芯与鸡粪混合发酵提高甲烷发酵性能[J]. 田玉菲,杨莉,周鸣人,张存胜. 化工进展. 2019(06)
[2]离子液体预处理对玉米秸秆酶解效率的影响[J]. 胡晓会,程力,顾正彪,洪雁,李兆丰,李才明. 食品与生物技术学报. 2019(04)
[3]不同沼肥施用量对水稻生长和产量及其重金属含量的影响[J]. 黄翔,洪娟,陈钢,练志诚,杜雷,王素萍,张利红,叶莉霞. 黑龙江农业科学. 2019(04)
[4]玉米秸秆厌氧发酵过程中的氮源优化[J]. 马茹霞,赵一全,李家威,霍朝晨,洪艳华,晏磊,王伟东. 可再生能源. 2018(11)
[5]中高温条件下不同碳氮比对鸡粪原料厌氧发酵产气特性的影响[J]. 李淑兰,刘萍,梅自力. 中国沼气. 2018(05)
[6]不同方法预处理的玉米秸秆结构与酶解分析[J]. 史旭洋,钱程,刘艳,刘心同,尚鑫,刘硕,刘禹廷,于藴波,张军,任晓冬. 分析化学. 2018(09)
[7]尿素氨化预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响[J]. 丁绍兰,张敏娜,黄振侠,吁安,张咪,龚贵金. 生态环境学报. 2018(01)
[8]生物预处理秸秆降解木质素条件的优化[J]. 郑渊洁,郝建宇,侯红萍. 山西农业大学学报(自然科学版). 2017(03)
[9]不同预处理玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化产气性能比较[J]. 魏域芳,李秀金,刘研萍,兰艳艳,朱嘉琳,朱超,管若琳,袁海荣. 中国沼气. 2016(02)
[10]Wheat straw pretreatment with KOH for enhancing biomethane production and fertilizer value in anaerobic digestion[J]. Muhammad Jaffar,Yunzhi Pang,Hairong Yuan,Dexun Zou,Yanping Liu,Baoning Zhu,Rashid Mustafa Korai,Xiujin Li. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(03)
硕士论文
[1]臭氧和球磨预处理提高玉米秸秆酶解糖化率的研究[D]. 项和济.江南大学 2015
[2]氨—生物联合处理对小麦秸秆厌氧发酵产沼气的影响[D]. 吴晋锴.上海交通大学 2011
本文编号：3615454
【文章来源】：江南大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
厌氧发酵四阶段理论
酆衔镏?磺掖嬖谟谙赴?壁中。它是由三种不同的无定形杂聚物组成的苯丙烷单元。木质素的主要作用是赋予植物结构支撑，不渗透性和抗微生物攻击和氧化应激的能力。木质素通常溶解于中性条件下180℃左右的水中。然而，木质素在酸性，中性或碱性环境中的溶解度取决于木质素的前体（香豆素，松柏醇，芥子醇或它们的组合）[19]。农作物秸秆含有大量的木质纤维素化合物，纤维素、半纤维素和木质素之间的紧密结构使秸秆难以降解并导致低的甲烷产率[20]，因此在厌氧发酵之前有必要对其进行预处理。木质纤维素生物质的预处理作用如图1-3所示[1]。预处理过程可以有效去除部分木质素和半纤维素，降低纤维素结晶度，并增加生物量的孔隙度（可及表面积），从而提高秸秆的发酵率[21]。图1-3木质纤维素生物质预处理机制Fig.1-3Schematicofpretreatmentforlignocellulosicbiomass1.4生物质秸秆厌氧发酵预处理技术的研究进展及应用现状近年来，研究者将注意力集中在秸秆厌氧发酵产沼气的预处理方法上。总体而言，预处理方法包括物理，化学，生物和组合预处理方法。高效的预处理技术需要满足以下几个要求：尽可能保留纤维素、半纤维素组分；最大限度地去除木质素；尽可能减少碳水化合物的损失；避免产生抑制水解酶和消化微生物活性的物质。在选择预处理方法时，应综合考虑上述所有要求以及预处理过程的成本和经济效益，以获得最终产品。
技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米芯与鸡粪混合发酵提高甲烷发酵性能[J]. 田玉菲,杨莉,周鸣人,张存胜. 化工进展. 2019(06)
[2]离子液体预处理对玉米秸秆酶解效率的影响[J]. 胡晓会,程力,顾正彪,洪雁,李兆丰,李才明. 食品与生物技术学报. 2019(04)
[3]不同沼肥施用量对水稻生长和产量及其重金属含量的影响[J]. 黄翔,洪娟,陈钢,练志诚,杜雷,王素萍,张利红,叶莉霞. 黑龙江农业科学. 2019(04)
[4]玉米秸秆厌氧发酵过程中的氮源优化[J]. 马茹霞,赵一全,李家威,霍朝晨,洪艳华,晏磊,王伟东. 可再生能源. 2018(11)
[5]中高温条件下不同碳氮比对鸡粪原料厌氧发酵产气特性的影响[J]. 李淑兰,刘萍,梅自力. 中国沼气. 2018(05)
[6]不同方法预处理的玉米秸秆结构与酶解分析[J]. 史旭洋,钱程,刘艳,刘心同,尚鑫,刘硕,刘禹廷,于藴波,张军,任晓冬. 分析化学. 2018(09)
[7]尿素氨化预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响[J]. 丁绍兰,张敏娜,黄振侠,吁安,张咪,龚贵金. 生态环境学报. 2018(01)
[8]生物预处理秸秆降解木质素条件的优化[J]. 郑渊洁,郝建宇,侯红萍. 山西农业大学学报(自然科学版). 2017(03)
[9]不同预处理玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化产气性能比较[J]. 魏域芳,李秀金,刘研萍,兰艳艳,朱嘉琳,朱超,管若琳,袁海荣. 中国沼气. 2016(02)
[10]Wheat straw pretreatment with KOH for enhancing biomethane production and fertilizer value in anaerobic digestion[J]. Muhammad Jaffar,Yunzhi Pang,Hairong Yuan,Dexun Zou,Yanping Liu,Baoning Zhu,Rashid Mustafa Korai,Xiujin Li. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(03)
硕士论文
[1]臭氧和球磨预处理提高玉米秸秆酶解糖化率的研究[D]. 项和济.江南大学 2015
[2]氨—生物联合处理对小麦秸秆厌氧发酵产沼气的影响[D]. 吴晋锴.上海交通大学 2011
本文编号：3615454
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