酸化处理提高玉米秸秆厌氧消化性能及其优化研究
发布时间：2021-04-09 17:52
为了提高木质纤维素的水解效率,酸化相的出料被用来提高玉米秸秆的厌氧产甲烷性能,文章利用单因素方法考察了原料负荷、酸化时间和接种量对挥发酸浓度（VFAs）的影响,采用响应面方法对玉米秸秆酸化相水解产酸构建二次回归模型进行优化,然后将酸化相出料接种厌氧污泥后进行产甲烷试验,比较酸化后玉米秸秆的甲烷产率,得出挥发性脂肪酸产率和甲烷产率关系的数学模型。结果表明,酸化时间为5 d,接种比为6,有机负荷为50 g TS·L-1时产酸效果最优,VFAs产率为270. 50 mg·g-1TS。3个因素对VFAs产率的影响依次为接种比>有机负荷>酸化时间。在最优酸化条件下甲烷相出料的系统稳定性好,甲烷产率为285. 97 m L·g-1TS,比未处理组提高了81. 52%,回归性分析结果表明甲烷产率与VFAs产率有较高的相关性。因此,水解酸化可以明显提高木质纤维素的降解效率和甲烷产率。
【文章来源】：中国沼气. 2019,37(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
酸化时间对玉米秸秆产挥发酸浓度的影响50000VF125100VFA1%2%3%4%5酸化时间/%d
?3种重要因素通过响应面分析模块进行优化，并建立酸化条件对挥发酸浓度的二次回归模型。2结果与讨论2．1酸化相VFAs及产气2．1．1VFAs组分及产量变化图1～图3分析了酸化时间、接种量和有机负荷对VFAs产率的影响。由图1所知，挥发酸产量随酸化时间的增加显示出先升高再下降的趋势，当酸化达到4d时，负荷产酸率达到最高值232．3mg·g－1TS。在酸化发酵过程中，乙酸和丁酸的含量占总酸含量的80%，为丁酸发酵型。接种比也是影响酸化发酵的重要参数。从图2中可以看出接种比为2，4，6，8和10时，负荷产酸率先上升后下降，当接种比为6时，秸秆的负荷产酸率最高，达到288mg·g－1TS。在接种比为2和4时，乙酸含量高于丁酸，而在接种比为6，8和10时，丁酸含量高于乙酸。在接种比为2时，丙酸含量大于1000mg·L－1，随着接种比的增加丙酸含量逐渐减小，这可能与酸化发酵过程中的微生物群落和功能酶有关，Min［16］等人的研究结果也证明了总氮含量的增加会提高基质底物中丙酸含量。由图3可知，VFAs浓度会随着有机负荷的增加逐渐增加。在适当的pH值条件下，在碳水化合物的基质中提高补充高蛋白物质可以通过丙酸类发酵改善丙酸酯的生产，主要菌群以细菌类、梭状芽和蛋白质细菌为主［17］。在50，60，70，80和90gTS·L－1时，VFAs浓度分别为14619．63，17997.62，20159．32，21718．44和24799．65mg·L－1。当有机负荷为60gTS·L－1时，VFAs产量增加至300mg·g－1TS，随后逐渐降低。结果表?
35000300002500020000150001000050000400300200100050%60%70%80%90有机负荷/%(gTS·L-1)VFAs浓度/%（mg·L-1）VFAs产率/%（mg·g-1TS）乙酸VFas%yield乙醇戊酸丁酸丙酸图3有机负荷对玉米秸秆产挥发酸浓度的影响2．1．2产气量及气体成分变化图4～图6分析了不同酸化条件下气体组分含量的变化。如图4所示，酸化第2天产气量最高，随着时间的增加，产气量逐渐降低。其中，CO2和H2占气体总量百分比较高，在44．73%～95．08%。在第2天H2产量最高，随后逐渐降低。同时，VFAs产量增长率也在第2天最高，为45．99%;在第3天和第4天分别降低到6．30%和4．10%。从图5中看出，接种比较小(接种量高)时，产气量和CH4产量较高，分别为3330．00mL和651．69mL，产气量和CH4产量随着接种量的降低而降低。然而，H2在接种比为6时产量最高，为405．46mL，与VFAs浓度120010008006004002000产气量/%mL1%2%3%4%5酸化时间/%dN2CH4CO2H2图4不同酸化条件下气体组分产量的变化3500300025002000150010005000产气量/%mL2%4%6%8接种比N2CH4CO2H210图5不同接种比条件下气体组分产量的变化300025002000150010005000产气量/%mL50%60%70%80%90N2CH4CO2H2有机负荷/%(gTS·L-1)图6不同有机负荷条件下气体组分产量的变化趋势相同。此结果与王刚［16］等以蔗糖废水为原料研究接种量对产酸率的影响的结果一致，H2产量与VFAs
本文编号：3128057
【文章来源】：中国沼气. 2019,37(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
酸化时间对玉米秸秆产挥发酸浓度的影响50000VF125100VFA1%2%3%4%5酸化时间/%d
?3种重要因素通过响应面分析模块进行优化，并建立酸化条件对挥发酸浓度的二次回归模型。2结果与讨论2．1酸化相VFAs及产气2．1．1VFAs组分及产量变化图1～图3分析了酸化时间、接种量和有机负荷对VFAs产率的影响。由图1所知，挥发酸产量随酸化时间的增加显示出先升高再下降的趋势，当酸化达到4d时，负荷产酸率达到最高值232．3mg·g－1TS。在酸化发酵过程中，乙酸和丁酸的含量占总酸含量的80%，为丁酸发酵型。接种比也是影响酸化发酵的重要参数。从图2中可以看出接种比为2，4，6，8和10时，负荷产酸率先上升后下降，当接种比为6时，秸秆的负荷产酸率最高，达到288mg·g－1TS。在接种比为2和4时，乙酸含量高于丁酸，而在接种比为6，8和10时，丁酸含量高于乙酸。在接种比为2时，丙酸含量大于1000mg·L－1，随着接种比的增加丙酸含量逐渐减小，这可能与酸化发酵过程中的微生物群落和功能酶有关，Min［16］等人的研究结果也证明了总氮含量的增加会提高基质底物中丙酸含量。由图3可知，VFAs浓度会随着有机负荷的增加逐渐增加。在适当的pH值条件下，在碳水化合物的基质中提高补充高蛋白物质可以通过丙酸类发酵改善丙酸酯的生产，主要菌群以细菌类、梭状芽和蛋白质细菌为主［17］。在50，60，70，80和90gTS·L－1时，VFAs浓度分别为14619．63，17997.62，20159．32，21718．44和24799．65mg·L－1。当有机负荷为60gTS·L－1时，VFAs产量增加至300mg·g－1TS，随后逐渐降低。结果表?
35000300002500020000150001000050000400300200100050%60%70%80%90有机负荷/%(gTS·L-1)VFAs浓度/%（mg·L-1）VFAs产率/%（mg·g-1TS）乙酸VFas%yield乙醇戊酸丁酸丙酸图3有机负荷对玉米秸秆产挥发酸浓度的影响2．1．2产气量及气体成分变化图4～图6分析了不同酸化条件下气体组分含量的变化。如图4所示，酸化第2天产气量最高，随着时间的增加，产气量逐渐降低。其中，CO2和H2占气体总量百分比较高，在44．73%～95．08%。在第2天H2产量最高，随后逐渐降低。同时，VFAs产量增长率也在第2天最高，为45．99%;在第3天和第4天分别降低到6．30%和4．10%。从图5中看出，接种比较小(接种量高)时，产气量和CH4产量较高，分别为3330．00mL和651．69mL，产气量和CH4产量随着接种量的降低而降低。然而，H2在接种比为6时产量最高，为405．46mL，与VFAs浓度120010008006004002000产气量/%mL1%2%3%4%5酸化时间/%dN2CH4CO2H2图4不同酸化条件下气体组分产量的变化3500300025002000150010005000产气量/%mL2%4%6%8接种比N2CH4CO2H210图5不同接种比条件下气体组分产量的变化300025002000150010005000产气量/%mL50%60%70%80%90N2CH4CO2H2有机负荷/%(gTS·L-1)图6不同有机负荷条件下气体组分产量的变化趋势相同。此结果与王刚［16］等以蔗糖废水为原料研究接种量对产酸率的影响的结果一致，H2产量与VFAs
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