基于超声波强化的KOH预处理与厌氧消化提高麦秸生物转化性能的试验研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nicop
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
麦秸是重要的农业废弃物资源之一,可以通过厌氧消化的方法把其转化成可再生清洁能源-沼气。但是,麦秸的木质纤维素含量较高,生物降解性较差,导致厌氧消化效率低、消化时间长。预处理可提高其可生物降解性能,是解决该问题的有效方法。然而,目前的预处理方法大多是单一的物理、化学或者生物处理,预处理效果有限。此外,通过对强化厌氧消化过程也可以进一步提高物质的转化效率。基于此,本研究提出通过超声波强化KOH的方法,对麦秸进行物理与化学复合预处理,以提高麦秸厌氧消化性能。同时,研究厌氧消化过程中超声处理,以期可以进一步提高麦秸厌氧转化效率。为此,本研究分为三个阶段,开展试验研究,获得了如下结论。(1)对KOH/超声波(US)强化预处理方法进行了研究,并通过批式厌氧消化试验对其消化性能进行了分析。KOH投加量分别为2%、4%和6%,超声波频率为20kHz,处理温度20℃,处理时间36小时。未预处理和预处理后的麦秸在批式反应器中进行厌氧消化,消化温度35℃,负荷率50gTSL-1。试验结果显示,US强化的KOH复合预处理可以明显提高沼气产量和物质转化率。4%和6%的KOH/超声波预处理麦秸的处理效果最高,木质纤维素含量去除率分别为22.38%和27.51%,总VFA含量分别为3011.71±17.99和3188.51±10.42 mgL-1。此外,通过扫描电镜对预处理前后麦秸的微观物理结构进行了分析,结果显示KOH和US复合预处理可以有效破坏麦秸的微观物理结构形态,增加微生物的可及度,有利于促进麦秸生物降解性的改善。其中,4%KOH与US复合预处理麦秸的沼气和甲烷产量分别为555.49±6.96和282±6.90(mLg-1VSloaded),与未预处理相比,沼气产量和甲烷产量分别提高了 34.92%和46.88%。4%KOH处理组的生物可降解性最高,为68.5%。采用修正的Gompertz模型,对原料的甲烷产力进行了计算,结果表明模拟计算结果和试验数据基本一致。(2)对KOH/US复合预处理后的麦秸进行了超声波强化的厌氧消化性能研究。以通过(1)中确定的4%KOHUpt复合预处理后的麦秸为原料,分别在无超声波、有超声波强化的批式反应器中进行厌氧消化试验,以确定超声波强化是否可以改善厌氧消化过程、提高产气量能和物质转化效率。采用批式厌氧消化反应器,消化温度35℃,负荷率50gTSL-1,消化时间50d,超声波频率为20kHz,超声波处理10min/d。试验结果表明,在厌氧消化过程中实施超声波强化,可以有效提高沼气和甲烷产量。施加超声波强化的厌氧消化麦秸的沼气和甲烷产量分别为569.89±0.79和305.58±0.85 mL g-1 VSloaded。与未预处理的相比,沼气和甲烷产量分别提高32.86%和63%。经过50天的厌氧消化,4%KOH-ADUas的可生物降解性为76.15%,TS和VS去除率增加到64.10和76.08%。同时,在厌氧消化过程中超声强化时间和预处理的超声强化时间分别为8.33和36小时,施加超声可减少76.9%的消化时间。采用模型对原料的甲烷产力进行了计算,结果表明模拟计算结果和试验数据基本一致。(3)基于(1)和(2)的研究,开展了不同温度组合下麦秸两相厌氧消化试验研究。以原麦秸和4%KOH/US预处理麦秸为原料,采用不同温度组合(55℃+35℃、35℃+55℃),研究了施加和不施加超声波情况下麦秸的厌氧消化性能。共设计了 10种组合方式。结果表明,不同预处理和厌氧消化参数组合条件下,麦秸的厌氧消化性能有所不同。其中,厌氧消化过程施加超声波的实验组AR1(TPAD55-35)获得了最高的沼气和甲烷产量,分别为568.04±0.72和282.61±0.83 mLg-1VSloaded,比未处理组AR5提高了 31.59和50.91%。其pH、碱度和总氨等稳定性指标也很稳定。同时,AR1处理组的可生物降解性为74.63%,其证明TPAD55-35实验组对麦秸降解的积极影响。(4)上述研究结果表明,超声波强化的KOH预处理和厌氧消化都可以有效提高麦秸厌氧消化转化率,因而是一种有效提高麦秸产气能力的方法。
其他文献
合流区是典型的交通拥堵点和事故频发区。智能车路网联系统实现了大范围、全方位的人、车、路和环境的动态实时信息交互,为合流区车辆协同控制提供了有力的技术支撑和保障。
随着我们国家对移动通信、物联网、国防军事信息化建设等的大力投资,微波通信技术得到了广泛应用,带动微波电缆行业高速增长。但是随着国外竞争对手的强势进入以及国内本土厂
木薯(Manihot esculenta Crantz)起源于南美洲,现普遍种植于热带和亚热带地区,木薯块茎根富含淀粉,在已知淀粉作物中淀粉含量最高,加上其对生长环境的高适应性,木薯已成为重
医药行业在未来是一个有光明前景的行业,并且关系到百姓的生活健康,越来越受到人们的重视。近年来政府不断加大对制药行业的管理,不仅仅从质量管理、价格管理等方面着手,还对
在中国经济快速发展及市场开放的大环境下,以“小、散、乱、差”著称的公路零担物流行业需求缺口较大,由于该行业门槛较低,许多企业纷纷成立,加入公路零担市场,行业逐渐趋于
青藏高原晚新生代以来的隆升扩展导致亚洲大陆内部强烈的构造变形,并对周边地区的地貌格局和环境演变产生了重大影响。高原东北缘是现今高原最新的和正在形成的重要组成部分,
智能穿戴设备作为近年来发展迅猛的新兴行业,以其新颖的功能,便捷的使用及时尚的外观正越来越多的受到消费者的瞩目。与此同时,技术的不断进步使得将气体传感器应用在智能穿
我国是氮肥消费大国,同时氮肥利用率一直低于世界平均水平。在总体施氮量不增加的前提下,维持小麦高产必须提高小麦品种的氮素利用效率。氮高效基因型筛选是提高氮肥利用效率
随着现代篮球运动的高速发展,教练员作为篮球比赛的主体因素在比赛中愈发重要。特别是双方运动员整体竞技能力呈现均势时,更加考验教练员之间的攻防博弈,能否成功决策就成为
S公司是全球主要的高品质咖啡经营者、烘焙商及世界上最大的连锁咖啡零售商,在中国超过100个城市运营约2200家门店。食品业务是其各品类业务中的难度最大运作最复杂的,食品供