超声波与稀碱法联合预处理对秸秆厌氧发酵产沼气的影响

【摘要】： 农作物秸秆因其复杂的晶体结构,不能直接被厌氧菌群利用来生产沼气。因此以秸秆作为原料时,需要进行预处理,使复杂的晶体结构得到破坏,从而易于被厌氧菌群利用。为此,本文以常见的,资源量丰富的水稻秸秆和玉米秸秆为处理对象,研究了超声波与稀碱法的联合预处理对秸秆厌氧发酵产沼气的影响,并探讨了超声波处理和稀碱法处理在秸秆预处理过程中的协同效应。 1.以水稻秸秆为原料,研究了稀碱法预处理对厌氧发酵产气的影响。单因素分析发现NaOH浓度(g/g干物质)以6%为最佳,水浴加热时间以3h为最佳,水浴加热温度以100℃为最佳。在此基础上通过正交实验设计对稀碱法预处理工艺进行了优化。结果表明,各因素对水稻秸秆厌氧发酵产沼气影响的大小为:NaOH浓度水浴温度水浴时间。最优组合为NaOH浓度为4%,水浴加热时间为3小时,水浴温度为100℃,此时的累积产气量为10129mL,比未处理的对照组提高了115.8%。 2.以水稻秸秆为原料,联合超声波与稀碱法对秸秆进行了预处理。经过正交实验设计发现超声波与稀碱法联合处理中各因素对水稻秸秆厌氧产气效果的影响大小排序为:固液比NaOH浓度超声时间超声功率。最优的预处理条件为:NaOH浓度6%,超声时间60分钟,超声功率为360Khz,固液比1:12。如上条件下的累积产气量为12305mL,比单纯用碱进行预处理的最大产气量提高了21.5%。 3.以玉米秸秆为原料,探讨了稀碱法预处理针对秸秆厌氧发酵的产气影响。单因素实验分析发现NaOH浓度(g/g干物质)以6%为最佳,水浴加热时间以3h为最佳,水浴加热温度以100℃为最佳。在此基础上通过正交实验设计对稀碱法预处理工艺进行了优化。结果表明,各因素对玉米秸秆厌氧发酵产沼气影响的大小为:NaOH浓度水浴温度水浴时间。最优组合为NaOH浓度为4%,水浴加热时间为3小时,水浴温度为100℃,此时的累积产气量为10868mL,比未处理的对照组提高了117.9%。 4.以玉米秸秆为原料,联合超声波与稀碱法对秸秆进行了预处理。经过正交实验设计发现超声波与碱联合处理中各因素对玉米秸秆厌氧产气效果的影响大小排序为:固液比NaOH浓度超声功率超声时间。最优的预处理条件为:NaOH浓度为6%,超声时间60分钟,超声功率为360Khz,固液比1:12。此时的累积产气量为14335mL,比稀碱法单独预处理的最优方案提高了31.9%。 【关键词】：超声波 碱 厌氧发酵 秸秆 预处理
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-20
• 1.1 秸秆的组成和其特有的性质11
• 1.2 目前我国对秸秆的利用情况11-13
• 1.2.1 秸秆的饲料化12
• 1.2.2 秸秆作为工业原料12
• 1.2.3 秸秆还田的发展状况12-13
• 1.2.4 秸秆的能源化13
• 1.3 秸秆预处理研究方法13-17
• 1.3.1 物理预处理13-15
• 1.3.2 化学预处理15-16
• 1.3.3 生物法预处理16-17
• 1.4 厌氧消化的原理17-18
• 1.5 选题的目的与意义18
• 1.6 本文的研究内容18-20
• 2 预处理对水稻秸秆厌氧发酵和酶解产糖的影响20-35
• 2.1 材料与方法20-24
• 2.1.1 材料20-22
• 2.1.2 方法22-24
• 2.2 结果与分析24-33
• 2.2.1 NaOH 浓度对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响24-27
• 2.2.2 水浴加热时间对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响27-29
• 2.2.3 水浴温度对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响29-32
• 2.2.4 预处理对水稻秸秆厌氧发酵产沼气工艺条件的优化32-33
• 2.3 本章小节33-35
• 3 超声波和稀碱法联合预处理对水稻秸秆厌氧发酵的影响35-39
• 3.1 材料与方法35-36
• 3.1.1 材料35
• 3.1.2 方法35-36
• 3.2 结果与分析36-38
• 3.2.1 超声波和稀碱法联合预处理对水稻秸秆厌氧发酵的影响36-38
• 3.2.2 联合预处理的产气效果与稀碱法预处理进行比较38
• 3.3 本章小结38-39
• 4 预处理对玉米秸秆厌氧发酵和酶解产糖的影响39-50
• 4.1 材料与方法39-40
• 4.1.1 材料39
• 4.1.2 方法39-40
• 4.2 结果与分析40-49
• 4.2.1 NaOH 浓度对玉米秸秆厌氧发酵产沼气的影响40-42
• 4.2.2 水浴加热时间对玉米厌氧发酵产沼气的影响42-45
• 4.2.3 水浴温度对玉米秸秆厌氧发酵产沼气的影响45-47
• 4.2.4 预处理对玉米秸秆厌氧发酵产沼气工艺条件的优化47-49
• 4.3 本章小节49-50
• 5 超声波和稀碱法联合预处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响50-54
• 5.1 材料与方法50-51
• 5.1.1 材料50
• 5.1.2 方法50-51
• 5.2 结果与分析51-53
• 5.2.1 超声波和稀碱法联合预处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响51-52
• 5.2.2 联合预处理的产气效果与稀碱法预处理进行比较52-53
• 5.3 本章小结53-54
• 6 结论与展望54-56
• 6.1 结论54-55
• 6.2 特色与特点55
• 6.3 展望55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 附录61

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