稻秸预处理厌氧消化及联合消化提高甲烷产量的研究

发布时间：2018-05-08 01:30

本文选题：水稻秸秆 + 鸭粪　；参考：《浙江大学》2017年博士论文

【摘要】：作为一种可再生能源,生物质的开发利用无论从能源和环境的角度都是十分重要的,它能降低快速增长的化石燃料的消耗速率。化石燃料储量有限,而且燃烧引起温室气体的排放,寻找可替代的清洁能源迫在眉睫,例如由生物质转化来的沼气。水稻秸秆是可转化成可再生能源的众多生物质原料之一,在中国产量最多的木质纤维素农作物废弃物之一,年产量在1.8-2.7亿吨之间。水稻秸秆主要以一些传统的方法被利用,其中最多的处理方式是田间就地焚烧。但秸秆的露天焚烧会释放引起肺部和呼吸道疾病的污染物,危害环境和公众安全。然而,水稻秸秆在厌氧消化中需要预处理或与动物粪便联合消化才能提高产沼气效率。本论文研究了稻秸与鸭粪的联合消化,机械粉碎与生物预处理相结合的对稻秸厌氧消化的最大产沼气量和能量输出的影响,旨在为工程化应用提供理论依据和技术支撑。主要结果如下:1)研究了 7种不同的稻秸与鸭粪基质混合比例比在不同温度(37℃和55℃)和不同初始pH值(基质原始pH值和对照组pH7.0)的联合厌氧消化产沼气的性能。在温度37℃和初始pH7.0条件下,提高鸭粪在基质中比例能促进甲烷产量;而在55℃下能缩短厌氧消化停留时间。稻秸与鸭粪以40:60的配比时具有最佳的甲烷含量和甲烷产量。在厌氧消化开始后的15 d内获得约90.4%的沼气产量,伴随着205 mL/gVS的产甲烷潜力。基于第一轮试验的结果,又研究了总固体浓度(TS 10%和20%)对稻秸和鸭粪联合消化的影响。考虑到单位体积的效率,TS20%的干发酵比10%的湿发酵提高了 150%(55℃,稻秸和鸭粪50:50)。2)研究了稻秸经白腐菌 Pleurotus ostreatus和Trichoderma reesei处理(TS20%干发酵)以提高生物降解能力和甲烷产量。研究了含水率(65,75 and 85%)和处理时间(10,20 and 30 d)对预处理中木质素、纤维素和半纤维素的降解和厌氧消化中甲烷产量的影响。含水率75%下P.ostreatus处理20 d具有最佳的降解效果,实现了木质素去除率33.4%和木质素/纤维素去除比4.2。相同含水率和处理时间条件下。相比之下,Trichoderma reesei实现了 23.6%的木质素去除率和2.88的木质素/纤维素去除比。两种白腐菌处理后,稻秸的产甲烷潜力分别可达到263 and 214 L/kg VS,相比未经过处理的水稻秸秆,产气提高了 120%和78.3%。3)研究不同物理预处理(粉碎)结合生物预处理(Pleurotusostreatus)以提高稻秸在干发酵中的生物降解性和沼气产量。研究了稻秸粉碎(≤2 mm)和不同的处理时间(10,20,30 d)对预处理中木质素、纤维素和半纤维素的降解和厌氧消化中甲烷产量的影响。粉碎和处理时间对木质素去除率和甲烷产量有明显的提高效果。白腐菌处理30 d后再粉碎进行厌氧消化,实现了木质素去除率30.4%和木质素/纤维素去除比4.2,产甲烷潜力最高达258 L/kg VS,比未处理的水稻秸秆产气提高了 165%。4)研究了白腐菌和粉碎处理后稻秸的连续厌氧消化产沼性能(TS 10%)。有机负荷从3增加到6 g VS/(L.d),日沼气产率降低,甲烷含量先升高后降低、最终稳定。当有机负荷从3增加到5gVS/(L.d)时,沼气产量增加;有机负荷继续增加,沼气产量、甲烷浓度和pH值均出现了下降,说明厌氧消化受到抑制。结果表明,有机负荷应该控制在5 g VS/(L.d)下。相对于控制组(蒸汽处理秸秆),白腐菌预处理的沼气产量提高了 54.6%。
[Abstract]:This paper studied the effects of combined digestion , mechanical crushing and biological pretreatment on the biogas production of rice straw and duck manure . The degradation of lignin , cellulose and hemicellulose and the yield of methane during anaerobic digestion of rice straw were studied by different physical pretreatment ( crushing ) and biological pretreatment ( 10 , 20 , 30 d ) . When the organic load increased from 3 to 5 gVS / ( L . d ) , the yield of methane increased , the yield of methane increased , the methane concentration and pH value decreased , indicating that anaerobic digestion was inhibited . The results showed that the organic load should be controlled at 5 g VS / ( L . d ) .

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S216.4

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