預(yù)處理對(duì)稻稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響研究

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1、‘１：０７０８論文分類號(hào)：２學(xué)校代碼學(xué)號(hào)：１５０３００３ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ碩士學(xué)位論文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ預(yù)處理對(duì)稻稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響研究娜指導(dǎo)教師姓名：丁蘭學(xué)科名稱：環(huán)境科學(xué)＿■月１論文提交日期：２０１８年３ｆｌｌＪｌｆ｜｜｜’論文答辯日期：２０１８年５月氧１｜＿｜學(xué)位授予單位：陜西科技大學(xué)ＨＩＵ■■圓■麵■■■—申請(qǐng)理學(xué)碩士學(xué)位論文論文題目：預(yù)處理對(duì)稻稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響研究學(xué)科門類：理

2、學(xué)一級(jí)學(xué)科：環(huán)境科學(xué)與工程培養(yǎng)單位：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院碩士生：張敏娜導(dǎo)師：丁紹蘭2018年5月EffectofPretreatmentonAnaerobicFermentationCharacteristicsofRiceStrawAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofScienceByMinnaZhangSupervisor:Prof.ShaolanDingM

3、ay2018預(yù)處理對(duì)稻稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響研究摘要生物質(zhì)能作為一種清潔可再生能源，其原料來源廣泛，其重要的植物來源就是水稻、小麥、玉米、大豆、甘蔗等農(nóng)作物。農(nóng)作物秸稈作為一種重要的生物質(zhì)能，其開發(fā)潛力巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，將秸稈轉(zhuǎn)化成能源的潛力達(dá)1010噸干生物質(zhì)，對(duì)生物質(zhì)能的研究利用已成為國內(nèi)外學(xué)者當(dāng)前研究的熱點(diǎn)課題。目前，世界生態(tài)系統(tǒng)生物質(zhì)能的年產(chǎn)量可高達(dá)全球總能耗量的6-10倍。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國農(nóng)作物秸稈的年總產(chǎn)量約8億多噸，約占世界1/5，長江中下游地區(qū)水稻秸稈產(chǎn)量約占全國總量一半以上。采用生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)，將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化成清潔、方便、高品質(zhì)

4、的能源，一方面可有效解決因農(nóng)作物秸稈的不合理利用帶來的一系列生態(tài)環(huán)境問題，另一方面，也可以為農(nóng)民帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，提高農(nóng)民收入。因此，如何妥善有效的處理和利用農(nóng)作物秸稈，成為生物質(zhì)能源合理利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要課題。本課題以稻稈做為研究對(duì)象，對(duì)比不同的預(yù)處理技術(shù)對(duì)稻稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響，探尋高效利用稻稈進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氣的預(yù)處理技術(shù)和預(yù)處理參數(shù)。首先，水稻秸稈的預(yù)處理技術(shù)研究：選用氫氧化鈣及尿素氨化兩種不同的預(yù)處理方式對(duì)水稻秸稈進(jìn)行預(yù)處理，通過掃描電鏡、接觸角表征預(yù)處理水稻秸稈的組織結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)，比較了不同預(yù)處理技術(shù)在不同預(yù)處理劑量下對(duì)稻稈組織結(jié)

5、構(gòu)以及對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用不同方式對(duì)稻稈進(jìn)行預(yù)處理后，稻稈的纖維組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部均出現(xiàn)顯著的變化，化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，與未處理的水稻秸稈相比，預(yù)處理后的稻稈纖維素、木質(zhì)素含量均呈現(xiàn)出了不同程度的下降趨勢。其中，木質(zhì)素的降解率隨著Ca(OH)2及尿素含量的增加而逐漸提高，木質(zhì)素降解率最高分別達(dá)到了40.72%和27.02%。環(huán)境掃描電鏡結(jié)果顯示，預(yù)處理對(duì)水稻秸稈的致密結(jié)構(gòu)造成了一定的破壞，微生物作用于發(fā)酵原料的比表面積增大。未經(jīng)預(yù)處理的稻稈結(jié)構(gòu)較為緊實(shí)，預(yù)處理后的稻稈細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)由原來的緊密變得更松散，經(jīng)尿素處理后的稻稈的纖維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的更

6、加明顯，并形成許多較大的孔洞；經(jīng)氫氧化鈣預(yù)處理后的稻稈結(jié)構(gòu)受到破壞，出現(xiàn)斷裂及凹凸不平的斷層；接觸角測定圖像結(jié)果顯示，未處理稻稈的接觸角為96.5°，經(jīng)6%、8%、10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)Ca(OH)2預(yù)處理后稻稈接觸角分別為76.7°、72.6°、80.2°；經(jīng)3%、4.5%、6%尿素預(yù)處理后的稻稈接觸角分別為86.3°、79.2°、72.3°，與未處理組相比，經(jīng)I不同預(yù)處理后的稻稈接觸角顯著減小，潤濕性較好，表面由不親水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性；說明稻稈中木質(zhì)素-纖維素結(jié)構(gòu)的變化是影響其產(chǎn)氣效率的內(nèi)在原因。通過對(duì)不同預(yù)處理稻稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效率進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)4.5%尿

7、素氨化預(yù)處理產(chǎn)氣效果最佳，累積產(chǎn)氣量達(dá)到17053mL，比對(duì)照組提高了50.67%，并相對(duì)縮短了產(chǎn)氣周期。其次，對(duì)不同預(yù)處理時(shí)間和預(yù)處理溫度進(jìn)行了研究：結(jié)果表明，預(yù)處理時(shí)間研究結(jié)果表明預(yù)處理時(shí)間的延長，木質(zhì)素也不能得到徹底降解。尿素氨化預(yù)處理7d的稻稈單位TS、VS產(chǎn)氣速率最高，分別達(dá)到了427.25mL·g-1、478.16mL·g-1；預(yù)處理溫度的變化也會(huì)對(duì)厭氧發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)生不同的影響，適宜的溫度可提高甲烷產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣效率，但考慮到實(shí)際生產(chǎn)成本，常溫預(yù)處理更適宜。最后，稻稈高效厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣預(yù)處理技術(shù)優(yōu)化研究：采用基于Box-BehnkenDesig

8、ns試驗(yàn)設(shè)計(jì)的響應(yīng)面曲線法對(duì)預(yù)處理劑量、預(yù)處理時(shí)間以及溫度進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化模型的決定系數(shù)R2=0.99，表示產(chǎn)