水稻秸秆揉搓预处理对其厌氧发酵产气的影响
发布时间：2020-07-19 23:30
【摘要】：水稻是我国长江流域主要的粮食作物,水稻秸秆的直接燃烧不仅是国家明令禁止的,而且严重污染环境,造成极大的资源浪费。将水稻秸杆通过厌氧发酵转化为生物天然气,可以有效缓解中国能源紧缺和减轻环境污染的问题。水稻秸秆因其表面坚固的硅质和内部复杂的晶体结构,不能直接高效地被厌氧微生物降解生产生物气。针对水稻秸秆厌氧发酵降解率低的问题,本文提出一种通过表面揉搓提高水稻秸秆利用率的预处理方法。主要研究表面揉搓预处理对水稻秸秆理化性质和厌氧发酵产气的影响,并探讨揉搓预处理对后续稀碱预处理的促进作用,优化揉搓和稀碱联合预处理的工艺参数。研究得到如下结论:1、污泥适用于水稻秸秆的厌氧发酵产气,发酵液稳定的pH为7.6～7.9相比于猪沼和牛沼接种液,水稻秸秆混合污泥接种液发酵的产气量最高、产甲烷量最高且产气速率最快。选用污泥对不同预处理水稻秸秆进行接种发酵,结果表明:水稻秸秆厌氧发酵稳定的pH范围是7.6～7.9之间。2、揉搓预处理是一种高效的水稻秸秆厌氧发酵产气的预处理方式水稻秸秆经过揉搓预处理,不仅物理尺寸减小至2～3厘米,而且茎杆的内表面得以有效暴露;揉搓过程还能够对水稻秸秆表面的硅质进行打磨,去除水稻秸秆31%的硅质。经过揉搓预处理,水稻秸秆厌氧发酵的产气量提升33.65%,达到98.10mL/gTS。3、水稻揉搓预处理后能够提升随后稀碱处理的厌氧发酵效果稀碱预处理不但能够去除木质素,还能去除秸秆表面疏水性的硅质,有效地破坏秸秆内部的晶体结构。相比硅质保护的外表面,稀碱预处理对秸秆内表面的破坏效果更为显著。揉搓预处理能够强化稀碱预处理的破坏效果,揉搓和稀碱联合预处理产气量达到130.70mL/gTS,比单稀碱预处理高23.29%。4、揉搓水稻秸秆厌氧发酵产气的稀碱处理的最佳工艺揉搓和稀碱联合预处理对秸秆进行厌氧发酵,经过正交试验发现揉搓和稀碱联合预处理中各因素对水稻秸秆厌氧产气的影响大小排序为:NaOH浓度预处理温度预处理时间。预处理的最佳条件:NaOH浓度4%,水浴加热时间为3 h,水浴温度为80℃,产气量达到157.55 mL/gTS,比未处理组高123.16%。以上是揉搓预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气的探究,这些结果将有助于寻找合适的预处理方式,为今后水稻秸秆能源化提供参考。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S216.4;X712
【图文】：
１．１研究背景逡逑水稻是我国长江流域种植最广泛的粮食作物，水稻秸秆是指水稻收获后去除穗头逡逑和根部的地上残留物，是水稻主要的副产物。根据国家统计局农业普查数据，如图１－１逡逑所示，近十三年来稻谷产量增长了邋２９．６１％，２０１５年稻谷产量２０８２０万吨［１］。有研宄逡逑表明平均每收获丨ｋｇ稻谷，就产出１．０？１．５邋ｋｇ水稻秸秆｜２｜；按谷草比１：１．１计算，当前逡逑水稻秸秆的年产Ｍ已经超过２３０００万吨。因此，数量庞大的水稻秸秆如何解决成为政逡逑府面临的棘手Ｈ题。逡逑２５０００邋ｒ逡逑９逦稻谷产量逡逑水稻秸秆估产逦逦＃逡逑|r＿逦S谩轘谩垮义希垮我唬俊稳藻义希玻埃埃埃板澹邋五危垮危垮五义希В椋椋欤欤欤欤欤欤欤戾义希保担埃埃板澹璚邋＿逡逑圆邋＿＿＿＿＿＿＿＿邋W＿＿逡逑２００３逦２００４逦２００５逦２００６逦２００７逦２００８逦２００９逦２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逡逑年份逡逑图１＿丨近十三年的稻谷产量逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｒｉｃｅ邋ｙｉｅｌｄｓ邋ｆｏｒ邋ｌａｔｅｌｙ邋ｔｈｉｒｅｅｎ邋ｙｅａｒｓ逡逑在二十世纪末期，我国农村居民把秸秆当作主要的炊事燃料，但随着经济的发展逡逑和农用能源的改善，原本作为农村能源的秸秆被逐渐取代；丨丨１于秸秆ＩＢ１身能量密度低、逡逑运输成木高、综合利川经济性差和产业化程度低等原因，我国的农作区普遍出现秸秆逡逑过剩问题［３］。尤其在稻麦轮作区，由于轮作周期短、秸秆产量高、还田消耗量有限，逡逑梧秆过剩问题十分严重。传统的农户为丫抢农时图方便
南京秸杆沼气工程采用压块预处理的工艺，产气效果良好。因此，本试验采用压逡逑块预处理的水稻秸杆进行不同接种物的筛选。水稻秸秆经过压块机切碎并挤压，成直逡逑径为３邋ｃｍ的圆棒状固体，密度可达１．２邋ｇ／ｃｍ３。压块预处理的工作原理如图２－１所示。逡逑水稻秸秆进入环模与压辊之间，压辊在主轴的带动下绕主轴公转，同时，在自身与物逡逑料之间的摩擦力作用下，绕压辊轴自转，物料在压辊的挤压下进入环模孔，随着挤压逡逑力的增加，温度越来越高，秸秆中的木质素在一定温度下分解，充当粘结剂的作用，逡逑将秸秆粘结在一起。随着更多的秸秆进入环模孔，己经成型的压块秸秆从环模孔中不逡逑断被挤出，在自身重力作用下，折成一定长度的成型秸杆，从环模孔出口处落下。逡逑１２逡逑
随机抓取作为发酵底物，不仅有助于保证发酵底物的均匀性，减小实验误差，还能促逡逑进接种物和底物均匀混合，有助于发酵产气的快速启动。逡逑图２－１压块预处理的原理图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｓｅｄ邋ｐｒｅｔｒｅａｔｉｎｅｎｔ逡逑注：１．环模２．压辊逡逑２．２．２．２揉搓预处理水稻秸秆逡逑揉搓预处理的工作原理图如２－２所示。秸秆进入喂入口后，首先受到喂入口处锤逡逑片的打击。由于锤片末端具有较高的线速度，秸秆在锤片的作用下被打断或打折。被逡逑打断、打折的秸秆受到锤片的抓取和气流的抽吸双重作用，被带入揉碎室。进入揉碎逡逑室内的物料受到锤片和齿条的冲，丨；？、揉搓等作川以及揉碎审内流场作川。在以Ｉ：儿种逡逑作用的井同影响下，物料逐渐被加工成丝段状，几被推送至抛送口处，eA终被抛出揉逡逑碎机。逡逑因为揉搓秸杆往往聚集成团状，S窝靶杷＞然旌希偎婊巫魑⒔偷孜铮义弦约跣「髦馗醋橹涞奈蟛睢ｅ义希玻玻玻史鬯樵ご硭窘招义辖窘崭淹度敕鬯榛校鬯椋捣种雍螅热⊙ｅ义希保冲义
本文编号：2763117
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S216.4;X712
【图文】：
１．１研究背景逡逑水稻是我国长江流域种植最广泛的粮食作物，水稻秸秆是指水稻收获后去除穗头逡逑和根部的地上残留物，是水稻主要的副产物。根据国家统计局农业普查数据，如图１－１逡逑所示，近十三年来稻谷产量增长了邋２９．６１％，２０１５年稻谷产量２０８２０万吨［１］。有研宄逡逑表明平均每收获丨ｋｇ稻谷，就产出１．０？１．５邋ｋｇ水稻秸秆｜２｜；按谷草比１：１．１计算，当前逡逑水稻秸秆的年产Ｍ已经超过２３０００万吨。因此，数量庞大的水稻秸秆如何解决成为政逡逑府面临的棘手Ｈ题。逡逑２５０００邋ｒ逡逑９逦稻谷产量逡逑水稻秸秆估产逦逦＃逡逑|r＿逦S谩轘谩垮义希垮我唬俊稳藻义希玻埃埃埃板澹邋五危垮危垮五义希В椋椋欤欤欤欤欤欤欤戾义希保担埃埃板澹璚邋＿逡逑圆邋＿＿＿＿＿＿＿＿邋W＿＿逡逑２００３逦２００４逦２００５逦２００６逦２００７逦２００８逦２００９逦２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逡逑年份逡逑图１＿丨近十三年的稻谷产量逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｒｉｃｅ邋ｙｉｅｌｄｓ邋ｆｏｒ邋ｌａｔｅｌｙ邋ｔｈｉｒｅｅｎ邋ｙｅａｒｓ逡逑在二十世纪末期，我国农村居民把秸秆当作主要的炊事燃料，但随着经济的发展逡逑和农用能源的改善，原本作为农村能源的秸秆被逐渐取代；丨丨１于秸秆ＩＢ１身能量密度低、逡逑运输成木高、综合利川经济性差和产业化程度低等原因，我国的农作区普遍出现秸秆逡逑过剩问题［３］。尤其在稻麦轮作区，由于轮作周期短、秸秆产量高、还田消耗量有限，逡逑梧秆过剩问题十分严重。传统的农户为丫抢农时图方便
南京秸杆沼气工程采用压块预处理的工艺，产气效果良好。因此，本试验采用压逡逑块预处理的水稻秸杆进行不同接种物的筛选。水稻秸秆经过压块机切碎并挤压，成直逡逑径为３邋ｃｍ的圆棒状固体，密度可达１．２邋ｇ／ｃｍ３。压块预处理的工作原理如图２－１所示。逡逑水稻秸秆进入环模与压辊之间，压辊在主轴的带动下绕主轴公转，同时，在自身与物逡逑料之间的摩擦力作用下，绕压辊轴自转，物料在压辊的挤压下进入环模孔，随着挤压逡逑力的增加，温度越来越高，秸秆中的木质素在一定温度下分解，充当粘结剂的作用，逡逑将秸秆粘结在一起。随着更多的秸秆进入环模孔，己经成型的压块秸秆从环模孔中不逡逑断被挤出，在自身重力作用下，折成一定长度的成型秸杆，从环模孔出口处落下。逡逑１２逡逑
随机抓取作为发酵底物，不仅有助于保证发酵底物的均匀性，减小实验误差，还能促逡逑进接种物和底物均匀混合，有助于发酵产气的快速启动。逡逑图２－１压块预处理的原理图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｓｅｄ邋ｐｒｅｔｒｅａｔｉｎｅｎｔ逡逑注：１．环模２．压辊逡逑２．２．２．２揉搓预处理水稻秸秆逡逑揉搓预处理的工作原理图如２－２所示。秸秆进入喂入口后，首先受到喂入口处锤逡逑片的打击。由于锤片末端具有较高的线速度，秸秆在锤片的作用下被打断或打折。被逡逑打断、打折的秸秆受到锤片的抓取和气流的抽吸双重作用，被带入揉碎室。进入揉碎逡逑室内的物料受到锤片和齿条的冲，丨；？、揉搓等作川以及揉碎审内流场作川。在以Ｉ：儿种逡逑作用的井同影响下，物料逐渐被加工成丝段状，几被推送至抛送口处，eA终被抛出揉逡逑碎机。逡逑因为揉搓秸杆往往聚集成团状，S窝靶杷＞然旌希偎婊巫魑⒔偷孜铮义弦约跣「髦馗醋橹涞奈蟛睢ｅ义希玻玻玻史鬯樵ご硭窘招义辖窘崭淹度敕鬯榛校鬯椋捣种雍螅热⊙ｅ义希保冲义
本文编号：2763117
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