玉米秸秆厌氧发酵的固态预处理技术研究

来源 :江南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:niuniuplayplay
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
玉米秸秆作为我国分布范围广,产量较大的一种农业废弃物,其资源化利用受到广泛关注。利用厌氧发酵产甲烷技术处理玉米秸秆,是使其变废为宝的有效手段。但是,由于玉米秸秆结构致密、复杂,直接厌氧发酵存在产气效率低、发酵周期长的问题,预处理技术能够明显提高玉米秸秆厌氧发酵的效率。其中底物的化学预处理技术应用最为广泛,但是传统的化学预处理技术存在化学药剂用量大、预处理废液等问题。针对以上问题,本论文研究了玉米秸秆厌氧发酵的固态预处理技术。该技术化学药剂用量少,预处理过程中无废液产生,并且可在室温下、物料储存中进行,厌氧发酵前无需固/液分离。此外,采用的预处理药剂在发酵残余物中得以保留,对厌氧发酵残余物的资源化利用具有重要意义。本文以玉米秸秆为发酵底物,分别采用氢氧化钾(KOH)、尿素对玉米秸秆进行固态预处理。本研究的目的是探究不同预处理条件对玉米秸秆纤维组分和结构的影响,结合可溶性底物(SCOD)、挥发性脂肪酸(VFAs)和氨氮浓度分析玉米秸秆厌氧发酵产气性能,使用Modified Gompertz(GM)方程对试验数据进行模拟和理论预测,综合分析为玉米秸秆厌氧发酵工程化应用提供理论依据和参考。主要研究成果如下:(1)KOH固态预处理玉米秸秆后,最终pH值范围为7.5~8.4,可以直接进行厌氧发酵且无需调节pH。预处理有效去除了玉米秸秆中的木质素,其次是半纤维素,纤维素含量仅略微降低。8%KOH组木质素的降解率最高,达到了16.14%(相对于对照)。预处理组厌氧发酵期间的SCOD和VFAs浓度高于对照组,8%KOH组获得最高SCOD和VFAs浓度,分别比对照组提高了108.3%和321.7%。预处理组获得更高的累积甲烷产量,并且提高了玉米秸秆厌氧发酵效率。8%KOH组获得最高甲烷产量为258.0 mL/g VS,比对照组提高了27.9%,并且甲烷产率与KOH浓度成正相关。综合分析得出8%KOH固态预处理玉米秸秆厌氧发酵产甲烷性能较优。(2)尿素固态预处理玉米秸秆后,最终pH值范围为6.7~7.5,可以直接进行厌氧发酵且无需调节pH。预处理有效去除了玉米秸秆中的木质素,其次是纤维素和半纤维素。碳氮比(C/N)为15:1组木质素的降解率最高,达到了7.06%(相对于对照)。预处理组厌氧发酵期间的SCOD和VFAs浓度高于对照组,C/N=15:1组获得最高的SCOD和VFAs浓度,分别比对照组提高了15.9%和40.5%。预处理组获得更高的累积甲烷产量,并且提高了玉米秸秆厌氧发酵效率。C/N=15:1组获得最高甲烷产量为250.0mL/g VS,比对照组提高了19.3%。综合分析得出C/N=15:1组尿素固态预处理玉米秸秆厌氧发酵产甲烷性能较优。(3)8%KOH固态预处理后直接添加尿素组获得更高的累积甲烷产量,并且提高了玉米秸秆的厌氧发酵效率。预处理后调节C/N=25:1组累计甲烷产量为324.8 mL/g VS,比对照组提高了20.2%。预处理后调节C/N=25:1组获得最高的SCOD和VFAs浓度,分别比对照提高了134.8%和404.8%。预处理后调节C/N=25:1组沼渣、沼液中重金属含量均低于国家有机肥限定标准,总养分含量高于国家有机肥限定标准,可尝试作为有机肥原料使用。预处理后调节C/N=25:1组的沼渣中钾和氮含量分别比对照组提高了207.9%和4.5%;沼液中分别比对照组提高了463.0%和18.4%。综合分析得出,玉米秸秆经8%KOH固态预处理后调节其C/N=25:1是一种高效的提高玉米秸秆厌氧发酵的固态碱处理方法。
其他文献
邻苯二甲酸酯(phthalate acid ester,PAEs)是一类人造多功能化学品,用于各种消费品和工业产品。由于PAEs在产品中为非共价结合,因此随着时间的推移,PAEs可以从产品中浸出、迁移,通过摄入、吸入、皮肤接触进入人体。PAEs对生物体具有致癌,致畸和致突变作用,对生殖发育和神经系统也有毒性作用。邻苯二甲酸二丁酯(DBP)是最常用的邻苯二甲酸酯之一,在体内的代谢产物为邻苯二甲酸单丁
电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压是中性点不接地矿区供电网中常见威胁矿区供电网安全运行的异常现象。常用在电磁式互感器的中性点接入消谐电阻的方式进行铁磁谐振的消
棉花是一种优良的天然纤维作物。在全世界棉花种植生产中,陆地棉由于产量高,适应性强而得到了广泛种植,但纤维品质一般。野生种毛棉具有多绒毛、抗虫、抗旱及纤维细、强等特
玫瑰高原鳅(Triplophysa rosa)隶属于鲤形目(Cypriniformes)、条鳅科(Nemacheilidae)、高原鳅属(Triplophysa),为典型洞穴鱼类,目前仅分布于重庆市武隆县,其眼睛退化,体表色
随着可再生能源的快速发展,分布式光伏发电系统受到广泛关注。而并网逆变器作为最为核心的电能转换部件,其拓扑结构及相应控制策略对整个分布式发电系统稳定运行的可靠性及效
吹填工程凭借着成本低廉,利于环保的优势,已经成为沿海沿江地区理想的造陆途径,同时吹填工程在我国南部临海地区的基础设施建设上也起到积极的作用。然而影响吹填工程工期、质量的内外因素复杂,各因素间也相互影响,且通过工程现场试验研究吹填技术的制约大,可操作性低,而室内吹填模拟试验的装置在模拟中存在着过程不完整和与实际吹填不符的情况,故实际工程中的吹填工期较难确定。本文以黑龙江省松花江北岸一处吹填工程现场为
苯酚氧化羰基化法是由苯酚、CO、O2在催化剂的作用下直接制得碳酸二苯酯的绿色合成线路。从80年代开始,国内外研究者对该法做了大量研究,但由于该反应催化剂的活性低、价格贵
目的探讨气温日较差和24小时变温对循环系统疾病患病人数的影响,开展基于气温日较差和24小时变温的循环系统疾病就诊人数的预测研究,为气象敏感疾病的防控提供基础数据。方法
全球气温近些年来逐渐上升,高温事件在极端气温下频发。昆虫是一种小型变温动物,受自然环境因素影响较大,温度作为自然环境因素之一,对昆虫的繁殖、生长、存活、寿命、产卵都
与传统开关相比,光电导开关具有响应速度快、时间抖动低、寄生电感电容小、结构简单,尤其是其耐高压、功率存储容量大等特性,使其在脉冲功率等技术领域的应用具有极大的优势