干青玉米秸秆厌氧发酵特性与优化工艺研究

发布时间：2020-04-26 21:36

【摘要】：我国作为一个农业大国，农作物秸秆产量大、分布广、种类多，特别是近几年，我国农业连年丰收，秸秆产量逐年增多。据农业部调查统计，2010年全国秸秆产量约为7亿吨，其中玉米秸秆2.73亿吨。在我国很多地方，大部分玉米秸秆不能被有效利用，而是被农户用作燃料，或者直接在大田进行了焚烧处理。秸秆就地焚烧，不仅造成资源浪费，，而且污染环境，影响交通安全，甚至引发火灾、交通事故等重大安全事故。因此，如何高效利玉米秸秆成为一个迫在眉睫的课题，合理利用玉米秸秆，不仅能带动农民增收，而且符合新农村建设的要求，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。玉米秸秆含有30%以上的碳水化合物、2%～4%的蛋白质和0.5%～1%的脂肪，是沼气生产中一种良好的发酵原料，并在实践中得到了应用。由于玉米秸秆中木质素、纤维素、半纤维素含量高，难以降解，导致发酵启动慢，产气效率低。经过不同的预处理虽然可以从一定程度上解决这些问题，但是许多预处理方法可操作性差，在实际生产中不易得到推广。本研究主要探索了玉米秸秆不同部位（叶片、叶鞘、茎皮、茎髓和玉米芯）的发酵产沼气潜力；通过对干玉米秸秆和青贮秸秆进行不同的预处理，探索其发酵产沼气特性；从中选择产气更优的青贮秸秆进行更深入的试验研究，以更好地提高玉米秸秆的利用率。本研究主要研究内容和结论如下：（1）玉米秸秆不同部位的产气特性研究。试验结果表明玉米芯的产气效果最优，其总产气量为33480ml、TS产气量为279.0ml/g、日均产气量为608.72ml、平均甲烷含量为49.42%；叶片的总产气量为31030ml、TS产气量为258.6ml/g、日均产气量为564.2ml、平均甲烷含量为55.65%；叶鞘的总产气量为33020ml、TS产气量为275.2ml/g、日均产气量为600.4ml、平均甲烷含量为47.44%；茎皮的总产气量为30785ml、TS产气量为256.5ml/g、日均产气量为559.7ml、平均甲烷含量为50.65%；茎髓的总产气量为26620ml、TS产气量为221.8ml/g、日均产气量为484.0ml、平均甲烷含量为53.68%。（2）对青贮秸秆和干玉米秸秆进行不预处理、NaOH溶液预处理和沼液浸泡预处理，然后进行厌氧发酵，探索其产气特性。试验结果表明，无论是用NaOH溶液、沼液对其浸泡进行预处理，还是不进行任何预处理，青贮秸秆的产气特性均要优于干玉米秸秆。试验结果表明：不进行预处理的试验组，干玉米秸秆厌氧发酵的总产气量52169ml、TS产气量434.7ml/g、日均产气量948.5ml、平均甲烷含量38.69%；青贮秸秆的总产气量57190ml、TS产气量476.6ml/g、日均产气量1039.8ml、平均甲烷含量42.57%。用NaOH溶液进行预处理的试验组，干玉米秸秆厌氧发酵的总产气量61056ml、TS产气量508.8ml/g、日均产气量1110.1ml、平均甲烷含量45.00%；青贮秸秆的总产气量64445ml、TS产气量537.0ml/g、日均产气量1171.7ml、平均甲烷含量47.82%。用沼液浸泡进行预处理的试验组，干玉米秸秆厌氧发酵的总产气量57990ml、TS产气量483.3ml/g、日均产气量1054.4ml、平均甲烷含量44.51%；青贮秸秆的总产气量64785ml、TS产气量539.9ml/g、日均产气量1177.9ml、平均甲烷含量48.83%。（3）青贮秸秆厌氧发酵工艺优化研究。分别选取料液浓度为6%、8%、10%，碳氮比为20、25、30，接种物浓度20%、30%、40%，对青贮秸秆厌氧发酵进行三因素三水平正交试验。对试验数据进行极差分析，结果表明：各因素对青贮秸秆厌氧发酵产气量影响大小的主次关系为：料液TS浓度→接种量→碳氮比。从总产气量和平均甲烷含量两个指标来看，对因素B和因素C的选择是相同的，都以B_2、C_3为最佳，对总产气量和平均甲烷含量这两个指标综合考虑，TS浓度取A_3水平为好。因此通过综合分析，得出较好的试验方案是：A_3B_2C_3，即TS浓度为10%、碳氮比为25、接种量为40%是最佳发酵工艺。
【图文】：

玉米秸秆,秸秆,沼液沼渣,直接还田

经过发酵后的秸秆变成了沼液沼渣，营养成分也得到了大大提高，还高土壤肥力。秸秆直接还田虽然其 N、P、K 的还田率高（100%）（高祥照等存在着许多弊端，如直接还田后秸秆不能及时腐烂，使播种后的种子不能充，影响种子的发芽率，造成出苗不齐；秸秆上附着的病菌和虫卵在土壤中会造成病虫害。

技术路线图,技术路线

技术路线
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S216.4

【参考文献】