稻秸的高效渗漉降解与厌氧发酵工艺研究

发布时间：2020-05-30 21:27

【摘要】：秸秆作为一种优质的生物质能源，对改善我国的能源结构，缓和全球气候变化，具有重要作用。然而由于秸秆中纤维素与木质素的镶嵌结构，导致秸秆在发酵过程中降解效率不高、消化时间长、产气率低，从而限制了秸秆制沼的大规模应用。为解决上述问题，本文以南方常见的稻秸为研究对象，通过科学试验与数据处理，对稻秸渗漉降解后再进行厌氧发酵产沼气的实验研究，得到以下主要内容与研究结论： 1.稻秸渗漉降解最佳工艺条件的确定。稻草的水解酸化是制备沼气的关键步骤。为使渗漉处理技术在稻草的高效降解中得到更好地应用，通过单因素筛选及正交试验，得出稻秸渗漉降解的最适条件：料液比为1：8，发酵温度为37℃，尿素溶液浓度为3%，吐温-80用量为0.2%。该条件下渗漉降解稻秸的降解率显著高于对照组，7d降解率达到了49.14%，相比对照组提高了66.66%。渗漉降解后，反应体系pH维持在7~7.5之间，稻秸半纤维素被大量降解，纤维素和木质素也有不同程度的降解；稻秸表层乳突和瘤状的致密结构几乎被完全破坏，深层长细胞暴露，并出现不同程度的崩解。 2.稻秸厌氧发酵最佳工艺条件的确定。在中温的条件下，采用单因素分析方法，对稻秸厌氧发酵有重要影响的因素氮源、氮源添加量、总固体含量进行分析。结果表明：添加的最适氮源为尿素，在尿素添加量为4%（尿素占稻秸质量比）、总固体含量为5%的条件下，厌氧发酵的产气效果最好。厌氧发酵后，平均甲烷含量在63%左右，单位TS产气率为220mL/g左右。厌氧发酵后，稻秸的TS含量由渗漉降解后的54.50%降到43.78%，纤维素的含量也在厌氧发酵后大幅降低，说明在厌氧发酵过程中主要被降解的是纤维素，同时半纤维素、木质素的含量也有不同程度的降低。稻秸经厌氧发酵后剩余的沼渣中，氮、磷、钾三种元素的含量都得到了平衡，氮、磷、钾三种元素的含量分别提高到3.7%、1.0%、2.9%，因而具有良好的肥力特性，适于农村种植业的广泛使用。此外，不同形式氮源、尿素添加量对稻秸厌氧发酵过程的影响试验中，对总氮、硝态氮、铵态氮进行测定，发现不管是在厌氧发酵前还是发酵后铵态氮在总氮中所占的比重都较大，但在发酵后会有所下降，硝态氮含量由所升高。
【图文】：

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图 1.1 秸秆的厌氧发酵过程图Figure 1.1 Anaerobic fermentation process of straw发酵的影响因素度氧发酵过程中，温度起着非常重要的作用。它是影响微生物活性的率起着决定性的作用。厌氧发酵的温度与有机物的分解有着密切范围决定了该温度范围内微生物优势群体的类型。通过影响微生性，从而对微生物基质的代谢速率及生长速率产生影响，进而影和处理负荷[47]。根据产甲烷菌在不同条件下的最佳活性，将厌氧围[48]：15～25℃称为低温发酵；30～35℃称为中温发酵；50～55碳氮比（C/N）基质中的碳氮比对发酵过程也有较大的影响。在秸秆厌氧发酵过

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A：新鲜稻秸；B：CK 降解后的稻秸；C：渗漉降解后的稻秸(A: Fresh Rice Straw; B: Rice Straw after CK Fermentation; C: Rice Straw afterPercolation-Degradation)图 2.4 不同降解处理后稻秸茎组织结构的电镜扫描图片Figure 2.4 SEM micrographs of mice straw stem tissue structure after different fermentatiotreatments.3 本章小结通过单因素试验的顺序筛选及正交试验验证，渗漉降解稻秸的最适条件为：料为 1:8，发酵温度为 37℃，尿素浓度为 3%，吐温-80 用量为 0.20%，该条件下渗解稻秸的降解率显著高于对照组，7 d 降解率达到了 49.14%，相比对照发酵提高.66%。通过渗漉降解，，反应体系 pH 维持在 7-7.5 之间，乙酸和丁酸大量积累；稻秸维素被大量降解，纤维素和木质素也有不同程度的降解；稻秸表层乳突和瘤状的结构几乎被完全破坏，深层长细胞暴露，并出现不同程度的崩解，其降解效率和
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S216.4

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