亚临界水预处理玉米秸秆联产乙醇—甲烷清洁生产关键技术研究

发布时间：2020-06-21 04:52

【摘要】：生物质能源具有高效、清洁、可再生的特点,农业废弃物玉米秸秆是具有巨大开发潜力的生物质原料。利用玉米秸秆联产优质液体燃料乙醇和以甲烷为主要成分的重要气体燃料沼气,不仅能缓解燃烧秸秆引起的大气污染,更重要的是能够生产生物燃料。本试验采用亚临界水预处理玉米秸秆,水可溶部分利用厌氧污泥颗粒进行甲烷发酵,水不可溶部分利用克鲁维酵母进行乙醇发酵,然后将甲烷发酵后和乙醇发酵蒸馏后的残液回用,实现乙醇-甲烷的联产和废液的循环利用。同时采用高通量测序技术探索了厌氧污泥中微生物菌群变化。主要研究结果如下:1.利用亚临界水预处理玉米秸秆,在处理条件为190℃、0 min的条件下,两个实验组分别进行二十个循环批次。玉米秸秆的残渣得率稳定在65%左右,亚临界水预处理玉米秸秆,除去了部分半纤维素和木质素,纤维素的相对含量增加。2.采用相同的亚临界水预处理条件,将两个实验组各二十个循环批次所得预处理液和乙醇蒸馏后的残液合并,加入厌氧污泥颗粒进行甲烷发酵。通过产甲烷体积、发酵液pH、发酵前后发酵液中还原糖的量探索循环系统中甲烷发酵的规律:随着循环数的增加,甲烷体积减少,最后逐渐趋于稳定;发酵结束后,发酵液pH有所上升;甲烷发酵后,液体中还原糖含量大大降低。3.采用相同的亚临界水预处理条件,将所得残渣进行同时糖化发酵,酶解时间为24小时,利用克鲁维酵母进行乙醇发酵72小时,乙醇浓度为0.5%(v/v)。增加10FPU/g纤维素酶1.5L(Novo Nordisk A/S,Bagsvaerd,Denmark))后,乙醇浓度增加到0.8%(v/v),最高可达0.9%(v/v)。酶解24 h后葡萄糖的浓度在1.2%(v/v)左右,在酶解24 h后把酵母菌接种到发酵液中,酵母菌发酵24h后,酶解后的葡萄糖几乎被消耗完。各循环酵母菌菌落数较稳定,第一天,第二天生长旺盛,第三天有所下降,原因可能为发酵产生的乙醇的积累,阻碍了酵母菌的生长。4.选取甲烷发酵液中期循环的污泥与原始购买的厌氧污泥颗粒,进行污泥样品的16S V4区扩增子信息采集与分析,对其微生物菌群进行对比分析得出:各样品中优势菌群为拟杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门和变形菌门,循环中,产气的广古菌门丰富度下降,好气性的放线菌目丰富度增加,这与甲烷产气减少相符合。随着循环的增加,在发酵液环境选择压力下物种丰富度在下降,均匀度在提高,发酵液样品中微生物菌群整体较稳定,个别菌群多样性有所变化。
【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】：2017
【分类号】：TK6
【图文】：

效果图,预处理,效果,纤维素

图 1-1 预处理效果(Mosier et al. 2005)Fig. 1-1 Effect of pretreatment质预处理方法处理秸秆发酵为乙醇，预处理是第一步，也是纤维素类生物质发酵步骤中m et al. 2013)。预处理同样具有巨大潜力，通过研究和开发，可以最大高效率(Saha et al. 2005)。对于木质纤维素原料，他们由厚厚的细胞壁这种致密的晶体结构，使其变得疏松多孔(李振宇 et al. 2013)。尽可和木质素，破坏半纤维素和木质素对纤维素的保护作用，疏松纤维素维素酶较易接触纤维素，酶解纤维素产生可发酵的糖(Sambusiti et al.理方法大体分为两种，物理预处理与化学预处理(岳建芝 et al. 2006粉碎、蒸汽爆破和热水处理(Zhanget al. 2016)。粉碎包括干法粉碎、湿研磨和高压研磨粉碎(王震 et al. 2016)。在预处理过程中，酸或碱的从半纤维素和木质素中释放，增加葡萄糖的产量，最常用的为 HSO

趋势图,残渣,实验组

循环十二 64.58 循环十 69.77循环十三 62.87 循环十一 65.40循环十四 61.53 循环十二 65.43循环十五 61.76 循环十三 62.81循环十六 61.37 循环十四 64.15循环十七 61.32 循环十五 64.47循环十八 59.62 循环十六 62.32循环十九 60.43 循环十七 61.75循环十八 62.33循环十九 61.88循环二十 61.21循环二十一 61.10述试验，研究了两个实验组各个循环（实验组 1 循环二十和实验组 2 循不当，数据舍去）对残渣得率的影响，根据上述结果，做出循环对残渣趋势图如图 2-1 所示。

【参考文献】