玉米秸秆干式厌氧发酵转化机理及微生物演替规律研究

发布时间：2021-01-15 19:04

　　干式厌氧发酵技术是总固体含率（Total solid, TS）为20-40%条件下的厌氧发酵技术,与湿式厌氧发酵相比,该方法具有节水、沼液产生量小、增温保温难度小、成本低等优点,成为处理生物质固体废物的重要技术之一。目前有关干式厌氧发酵技术的研究主要为物料预处理、影响因素分析、产气特性研究和工艺条件优化等,尚未对发酵体系内物质的转化机理和微生物演替规律开展系统研究。本研究在前期工作基础上,以玉米秸秆干式厌氧发酵系统为研究对象,通过对基质颗粒微观结构检测,纤维素、半纤维素和木质素（以下简称“三素”）不同特征官能团或连接键降解异同性分析,底物TS浓度与有机酸作用关系研究,以及微生物群落结构特征变化分析,系统阐述秸秆干式厌氧发酵过程中有机物转化机理及微生物演替规律,主要内容和结果如下：（1）玉米秸秆干式厌氧发酵实验以玉米秸秆为研究对象,开展了TS浓度为20%、25%、30%、35%和40%的干式厌氧发酵实验,结果表明,玉米秸秆在TS浓度为20-35%条件下,各干式厌氧发酵系统均能成功启动和稳定运行,同时TS浓度为30%的发酵系统产气量最大、减量化效果最好,TS和挥发性有机物（Volatile... 

【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

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本论文创新点
摘要
ABSTRACT
引言
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 厌氧发酵原料及预处理工艺研究
        1.2.2 有机酸产生及微生物学研究
        1.2.3 干式厌氧发酵技术研究
        1.2.4 研究现状总结
    1.3 研究内容
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 研究方法和技术路线
    1.4 研究的目的和意义
2 秸秆预处理及干式厌氧发酵研究
    2.1 实验材料与方法
        2.1.1 实验原料及特征
        2.1.2 预处理方法
        2.1.3 干式厌氧发酵实验
        2.1.4 实验装置图
        2.1.5 分析方法
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 原料特性分析
        2.2.2 pH值稳定性分析
        2.2.3 TS与VS去除效果分析
        2.2.4 产甲烷分析
        2.2.5 体积和质量去除效果分析
    2.3 本章小结
3 基质颗粒微观结构分析
    3.1 实验材料与方法
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 电镜扫描（ESEM）方法及耗材
        3.1.3 X射线衍射（XRD）实验
        3.1.4 傅立叶变换红外光（FTIR）实验
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 基质颗粒表面形态的变化规律
        3.2.2 基于XRD基质颗粒内部结晶度分析
        3.2.3 基于FTIR的分子表面官能团转化规律分析
    3.3 本章小结
4 颗粒内三素特征官能团转化机理
    4.1 实验材料与方法
        4.1.1 实验仪器
        4.1.2 实验方法
        4.1.3 分析方法
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 纤维素转化机理及其与底物TS浓度的作用关系
        4.2.2 半纤维素转化机理及其与底物TS浓度的作用关系
        4.2.3 木质素转化机理及其与底物TS浓度的作用关系
    4.3 本章小结
5 干式厌氧发酵系统内有机酸产生特点研究
    5.1 实验材料与方法
    5.2 分析方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 VFAs产生规律研究
        5.3.2 乙酸产生机理研究
        5.3.3 丙酸产生机理研究
        5.3.4 丁酸产生机理研究
        5.3.5 戊酸产生机理研究
        5.3.6 酸产生机理研究
    5.4 本章小结
6 微生物动态演替规律研究
    6.1 实验材料与方法
        6.1.1 样品预处理
        6.1.2 样品总DNA的提取
        6.1.3 样品DNA的扩增
        6.1.4 变性梯度凝胶（PCR-DGGE）实验
        6.1.5 分析方法
    6.2 结果与讨论
        6.2.1 细菌演替规律研究
        6.2.2 放线菌演替规律研究
        6.2.3 真菌群落演替规律研究
    6.3 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
攻博期间发表的科研成果目录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]城市生物质废物中温单级厌氧消化中试研究[J]. 刘晓,王伟,沈人杰.  环境工程学报. 2013(08)
[2]发酵底物和发酵工艺对沼液中挥发性有机酸的影响[J]. 施建伟,雷国明,李玉英,王弋,赵光骞,马晓,冯果,尚渊明.  河南农业科学. 2013(03)
[3]微生物好氧分解生物质能量回收利用研究[J]. 余延顺,韩成付,杨建鲁.  建筑科学. 2012(S2)
[4]超声波预处理对污泥好氧/缺氧消化的效果[J]. 占星星,孙水裕,郑莉,刘宝建,许燕滨,叶运弟.  环境工程学报. 2012(08)
[5]上推流厌氧反应器连续干发酵猪粪产沼气试验研究[J]. 陈闯,邓良伟,信欣,郑丹,刘刈,孔垂雪.  环境科学. 2012(03)
[6]用DGGE和Real-Time PCR对低温沼气池中产甲烷古菌群落的研究[J]. 王彦伟,徐凤花,阮志勇,宋金龙,王庆,赵斌.  中国沼气. 2012(01)
[7]接种物与猪粪秸秆比对初次启动固体酸化过程的影响[J]. 陈羚,杜连柱,董保成,赵立欣,张克强,万小春,高新星,罗娟.  农业工程学报. 2011(12)
[8]沼气干发酵工艺连续处理奶牛粪起动试验研究[J]. 青鹏,孙辉,祝其丽,李清,王文国,胡启春.  中国沼气. 2011(06)
[9]不同粉碎程度对麦秸厌氧干发酵气肥联产效果的影响[J]. 牛俊玲,何予鹏,张全国.  太阳能学报. 2011(11)
[10]挥发性有机酸对产沼气效果的模拟试验[J]. 董保成,赵立欣,万小春,罗娟,陈羚,高新星.  农业工程学报. 2011(10)

硕士论文
[1]稻秆厌氧发酵产挥发性脂肪酸的研究[D]. 陈娟.南京林业大学 2012
[2]果蔬废弃物厌氧处理产能实验研究[D]. 董永亮.哈尔滨工程大学 2008
[3]城镇有机垃圾厌氧发酵中有机酸及氨氮抑制效应研究[D]. 周晓臣.重庆大学 2006



本文编号：2979354