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预处理对水稻秸秆厌氧发酵的影响(附件)【字数:7058】

2024-01-25 14:56编辑: www.51jrft.com51今日论文网
为了探索合理的预处理方法,实现稻草的高效厌氧消化,研究了NaOH和H2SO4两种不同的预处理方法对稻草厌氧消化的影响。 将预处理过的2g干物质稻草放入发酵瓶中,按VS比为12的量加入牛粪,在恒温下进行沼气厌氧发酵实验。 通过比较NaOH和H2SO4两种不同预处理方法对水稻秸秆进行厌氧发酵后的产气量,来比较哪种预处理方法好。在酸处理的秸秆中,产气量较优的是4%酸所处理过的秸秆。碱处理的秸秆之中,产气量较好的为4%碱处理的秸秆。毕业设计说明书(论文)外文
目录
1 绪论 6
1.1 生物质能特点 6
1.2 预处理方法 6
1.3 国内外研究现状 7
1.4 课题的启发 7
1.5 研究思路 8
2. 实验 8
2.1 实验材料 8
2.2 原材料预处理及材料的准备 9
2.3 实验装置 14
2.4 厌氧发酵 15
2.5 实验结果 16
3. 数据分析 17
3.1 数据处理 17
3.2 碱结果处理 18
3.3 酸结果处理 21
3.4 空白对照处理 23
4. 结果分析 24
4.1 碱预处理的结果 24
4.2 酸预处理的结果 24
4.3 影响酸处理后产气量的因素 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
1 绪论
中国作为全球人口做多的国家,能源消耗逐年增加,早已是世界上能源消费最高的国家。目前消耗的能源以及塑料材料大多来自化石能源,化石能源是不可再生能源,不仅会很快耗尽,而且会造成环境污染。相比起化石能源,生物质能源具有安全、清洁、可再生等优点[1]。生物质是地球上最丰富的可再生资源(据推测生物质世界年产总量为1700亿吨),成本低廉且来源广泛(如农作物、农业废弃物、木材、木材和动物废弃物)。因此,开发利用生物质能源将会对解决能源短缺、环境污染等问题将会有巨大的促进作用[2]。
近年来,厌氧发酵生产沼气作为一种 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ¥351916072
理想的处理方法,得到了广泛的应用。然而,固体有机物厌氧发酵是一个非常复杂的生化过程,受多种因素的制约。木质纤维素是生物质的主要成分,由纤维素、半纤维素和木质素组成。植物细胞壁的天然纤维素多是以结晶纤维素的形式存在,因为其结构整齐致密,形成了个天然的抗降解屏障,因此,很难被降解[3]。作物秸秆因木质纤维素含量高,厌氧微生物的降解消化能力较弱,从而导致秸秆厌氧消化率低、产气量少,因此限制了秸秆厌氧发酵制沼气工艺的应用大规模化[26]。为此,如何对秸秆进行预处理,改变理化性质,优化发酵过程,已成为人们十分关注的问题。
1.1 生物质能特点
生物质能是指在以生物质为载体的基础上,利用植物的光合作用来将太阳能转变为化学能后储藏于生物质体内的一种能量[4]。它源自于光合作用,并能将太阳能转化为其他形式的燃料。
生物质能的特点有可再生,比较洁净,而且氮、硫含量较低,灰分少;资源分布广产量大[27];利用方式多种多样,如燃烧、热解等;水分含量多,单位热值低;体积大,难运输,成本高;预处理复杂,花费成本较高 [5]。
1.2 预处理方法
常用的预处理方法主要是有物理法、化学法以及生物法等。
物理法主要有机械加工,高压蒸煮以及辐射等,常见的机械加工方法有切碎,粉碎,蒸汽爆破等。目的是扩大微生物与基质的接触面积,或者通过破坏细胞壁结构使其易于消化[6]。
化学预处理方法包括用酸或碱浸泡处理,热处理和臭氧处理等方法。在一定的温度下用酸或碱对物料进行处理浸泡,通常可以提高气体产量以及固体的降解率。热处理和氧化处理一样能提高消化过程中的气体产量[6]。
生物预处理方法是用有强木质素降解能力的生物对秸秆进行厌氧发酵,把作物秸秆中的木质纤维素事先降解成便于厌氧菌消化的简单物质,来缩短之后的厌氧发酵时间并提高干物质消化率和产气率[28]。这种技术关键是寻求具有强木质素降解能力的菌种,并且确定其适宜的发酵条件[6]。
1.3 国内外研究现状
Zhang [7]可以通过破碎,研磨和高温加热(60℃,90℃,110℃)促进稻草的沼气生产。 发现这3种预处理方法都能在一定程度上提高秸秆的产量。崔凤杰[8]等用5.0% NaOH 溶液预处理玉米秸秆,发现挥发性物质(Volatile substance,VS) 产气量比未经处理样品提高38.5%;宋籽霖[9]等用NaOH溶液预处理玉米秸秆,发现甲烷产率可最大提高至84.2% ;Chandra[10]等采用3%NaOH溶液处理水稻秸秆,发现甲烷产气率提高了123.9% ;Zheng[11] 等通过大量查阅文献总结出了NaOH 对甲烷产气率的促进提高率在3.2%~230% 之间。卞水存[12]采用稀硫酸对秸秆进行处理,结果发现半纤维素的最高去除率可达74%。此外,杨立[13]明发现金属离子对秸秆厌氧发酵发酵有明显的促进作用。金属离子组的产气量比对照组增加了41.7%。何荣玉[14]等利用复合菌剂处理秸秆,产量可提高29.54%,甲烷含量提高了68.33%。黄如一[15]等利用等复合菌预处理水稻秸秆进行厌氧发酵试验,产气率可分别提高了33.65% 和38.32%。基此,发现前人研究多关注于采用哪种预处理方法的结果较好,而对多种预处理的效果进行比较分析的研究还较少,尤其是对于添加纤维素的的生物预处理的研究[23]。
1.4 课题的启发
预处理技术对于秸秆厌氧发酵是非常中重要的一环。在农村上秸秆作为废弃物一般处理为直接燃烧。近年来,厌氧发酵生产沼气作为一种理想的处理方法,得到了广泛的应用。然而,固体有机物厌氧发酵是一个非常复杂的生化过程,受多种因素的制约[31]。木质纤维素是生物质的主要成分,由纤维素、半纤维素和木质素组成[24]。如果用于坑灶台的燃料则不能充分利用秸秆的热量,秸秆的热利用效率低[30]。如果用于厌氧发酵,产生的沼气是非常理想又可持续循环利用的可再生资源。既能充分利用秸秆又符合环保的宗旨。1M3沼气,完全燃烧,可产生55006500千卡的热能。一个810M3的沼气池所产生的热量,相当于三亩薪炭林所生产薪柴的能量[16]。好好利用秸秆,可以更好的保护环境,为社会的进步做贡献,符合新能源的要求。

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