生物与化学预处理对玉米秸秆生物气产量的影响研究

【摘要】：我国农作物秸秆产量丰富，每年大约会产生6.4亿吨秸秆。作物秸秆的特点是木质纤维素含量较高，而厌氧微生物的木质纤维素降解消化能力较弱，导致秸秆厌氧消化率低、产气量少，从而限制了作物秸秆生物气生产的大规模应用。 为了实现玉米秸秆的高效能源化转化，提出了通过生物与化学预处理提高厌氧消化效率和生物气产量的新方法。研究经白腐真菌P. Florida生物预处理、氢氧化钠、氨水、尿素化学预处理后，玉米秸秆主要组分木质素、纤维素、半纤维素、总碳、总氮和干物质损失率的变化规律，及其对厌氧消化生物气产量的影响。 经P. Florida生物预处理后，对玉米秸秆的主要组分进行分析，并进行厌氧消化产气实验。研究结果发现，生物预处理能够降解一部分木质纤维素成分，预处理时间越长，木质纤维素的降解量越大；生物预处理能够提高玉米秸秆的产气量。当负荷率为50g/L时，预处理30天和60天后玉米秸秆的产气量分别比未处理的产气量提高42%和52%。 对化学预处理方法进行了初步研究和详细研究。初步研究选用氢氧化钠、氨水、尿素对玉米秸秆进行处理，对玉米秸秆的主要组分进 WP=4 行分析，并进行厌氧消化产气实验。结果表明，氢氧化钠具有最佳的木质纤维素降解功能；氢氧化钠处理后的秸秆，当负荷率为50g/L时，其厌氧消化产气量比未处理的玉米秸秆提高78.3%。 随后，对氢氧化钠处理效果实验进行详细研究。研究氢氧化钠添加量为4%、6%、8%、10%时，玉米秸秆主要组分的变化；在负荷率为35g/L、50g/L、65g/L、80g/L的条件下，氢氧化钠处理后的玉米秸秆进行厌氧消化产气实验。结果表明，氢氧化钠添加量为6%、负荷率为65g/L时，玉米秸秆单位质量生物气产量最高，比未处理的秸秆提高了61.4%。 通过对化学预处理和生物预处理方法和试验结果进行比较可以看出：化学预处理方法简单易行、管理容易、处理时间短、成本低，而产气量提高明显。因此，建议采用氢氧化钠作为秸秆的预处理方法。该研究结果为大幅提高玉米秸秆的产气量提供了一个新的有效方法。 【关键词】：生物预处理 化学预处理 生物气
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X71
【目录】：

• 北京化工大学硕士学位论文原创性声明2-3
• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-10
• 第一章 绪 论10-21
• 1.1 农作物秸秆的产生和性质10-11
• 1.1.1 中国农作物秸秆资源及分布10-11
• 1.1.2 农作物秸秆的性质11
• 1.2 农作物秸秆利用现状11-15
• 1.2.1 秸秆还田利用11-12
• 1.2.2 秸秆饲料化利用12
• 1.2.3 作为生产原料利用12
• 1.2.4 秸秆燃料化技术12-15
• 1.3 农作物秸秆利用存在的问题15-16
• 1.4 国内外预处理技术研究现状16-20
• 1.4.1 物理方法16-17
• 1.4.2 化学方法17-18
• 1.4.2.1 碱化技术17
• 1.4.2.2 氨化技术17-18
• 1.4.3 生物方法18-20
• 1.5 本项研究的内容20-21
• 第二章 生物预处理对玉米秸秆厌氧消化产气量的影响研究21-34
• 2.1 试验设计与方法21-26
• 2.1.1 试验设计21
• 2.1.2 试验步骤21-26
• 2.1.2.1 P. Florida的扩大培养21-22
• 2.1.2.2 玉米秸秆的准备和接种培养22-24
• 2.1.2.3 P. Florida预处理玉米秸秆厌氧消化试验24-26
• 2.1.3 秸秆主要组分分析方法26
• 2.2 经P. Florida 预处理后，玉米秸秆主要组分变化26-30
• 2.2.1 经3块P. Florida处理后，玉米秸秆主要组分变化26-27
• 2.2.29 块P. Florida 预处理后，玉米秸秆主要组分变化27-28
• 2.2.3 不同接种量对玉米秸秆主要组分变化的影响28-30
• 2.3 P. Florida 预处理对玉米秸秆厌氧消化产气量的影响30-32
• 2.4 秸秆主要组分变化与产气量之间的关系32-34
• 第三章 化学预处理对玉米秸秆厌氧消化产气量影响研究34-39
• 3.1 化学预处理对玉米秸秆厌氧消化产气量影响的初步研究34-37
• 3.1.1 试验设计和方法34-35
• 3.1.1.1 试验设计34
• 3.1.1.2 试验步骤34-35
• 3.1.1.3 分析方法35
• 3.1.2 化学预处理前后主要组分变化35-36
• 3.1.3 化学预处理后，玉米秸秆厌氧消化产气试验结果36-37
• 3.2 化学与生物预处理对玉米秸秆生物气产量的比较37-39
• 第四章 化学预处理对玉米秸秆厌氧消化产气量影响的详细研究39-49
• 4.1 试验设计与方法39-40
• 4.1.1 试验设计39
• 4.1.2 试验步骤39
• 4.1.3 分析方法39-40
• 4.2 氢氧化钠处理前后玉米秸秆主要组分变化40-41
• 4.3 氢氧化钠处理后，玉米秸秆厌氧消化产气试验41-46
• 4.3.1 氢氧化钠添加量、负荷率对玉米秸秆累积产气量的影响41-42
• 4.3.2 相同负荷率、氢氧化钠添加量对玉米秸秆累积产气量的影响42
• 4.3.3 负荷率一定、氢氧化钠添加量对玉米秸秆单位质量生物气产量的影响42-45
• 4.3.4 主要组分变化对玉米秸秆单位质量生物气产量的影响45-46
• 4.4 氢氧化钠添加量、负荷率对玉米秸秆单位质量生物气产量的影响46-49
• 第五章 结论与建议49-51
• 5.1 结论49
• 5.2 建议49-51
• 参 考 文 献51-55
• 致 谢55-56
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录56

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