熱化學(xué)預(yù)處理玉米秸稈干發(fā)酵特性研究.pdf

1、干發(fā)酵生物轉(zhuǎn)化技術(shù)可以將低能量密度固體玉米秸稈轉(zhuǎn)化為沼氣，同時(shí)相對(duì)于濕發(fā)酵，具有用水量小、增溫保溫成本低和產(chǎn)生沼液少等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)酵后的沼渣中含有大量未被利用的半纖維素和纖維素，沼渣經(jīng)有效的預(yù)處理后進(jìn)行二次發(fā)酵可以最大限度利用生物質(zhì)資源的產(chǎn)氣潛力。
　　本研究以玉米秸稈為原料，通過(guò)熱化學(xué)預(yù)處理技術(shù)提高玉米秸稈的降解能力，并開展干發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性及沼渣二次發(fā)酵的研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）利用鼓泡流化床熱解反應(yīng)器，在150℃

2、，170℃，190℃，210℃四個(gè)溫度水平和載氣流量為3m3/h下，對(duì)玉米秸稈進(jìn)行熱化學(xué)預(yù)處理。利用掃描式電子顯微鏡、粗纖維測(cè)定儀和X射線衍射儀等方法對(duì)秸稈進(jìn)行了物化特性分析，結(jié)果表明熱化學(xué)預(yù)處理能夠破壞玉米秸稈的束狀纖維結(jié)構(gòu)，降低半纖維素和木質(zhì)素的含量，使結(jié)晶度升高。其中190℃處理組半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的去除率分別為15.74%、9.37%和17.17%。總固體（TS）濃度為20%的干發(fā)酵試驗(yàn)研究結(jié)果表明，190℃預(yù)處理組產(chǎn)氣效

3、果最好，其累積產(chǎn)氣量在30天內(nèi)較對(duì)照組提高16.30%，且其發(fā)酵啟動(dòng)速率最快。
　?。?）開展了TS濃度為20%、25%和30%的干發(fā)酵試驗(yàn)，結(jié)果表明玉米秸稈在20%和25%的條件下，各發(fā)酵體系均啟動(dòng)正常并發(fā)酵穩(wěn)定，而30%發(fā)酵組由于基質(zhì)中含水量過(guò)少而導(dǎo)致發(fā)酵失敗。20%的發(fā)酵組在累積甲烷產(chǎn)率方面表現(xiàn)最好，比25%發(fā)酵組提高了5.89%-26.39%。同時(shí)，各濃度下的190℃處理組產(chǎn)氣效果最好，累積甲烷產(chǎn)率較對(duì)照組分別提高了14.

4、68%和36.88%。綜合比較，20%發(fā)酵組的190℃預(yù)處理為最佳發(fā)酵條件，以該組作為研究對(duì)象，每6天從發(fā)酵裝置中取一次樣，直至42天發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)束，取出的樣品用于分析干發(fā)酵過(guò)程中各特性參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。結(jié)果表明，在干發(fā)酵過(guò)程中，pH，COD，組分含量，結(jié)晶度和表面結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化具有協(xié)同關(guān)系，這為微生物提供了一個(gè)穩(wěn)定的、適合發(fā)酵的環(huán)境。
　?。?）開展了0.025 mol/L Fe2(SO4)3催化乙二酸預(yù)處理玉米秸稈試驗(yàn)，乙二酸

5、質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%(w/w)，3%(w/w)，5%(w/w)和7%(w/w)。結(jié)果表明，F(xiàn)e3+催化的乙二酸能夠有效降解玉米秸稈中的木質(zhì)素達(dá)7.57%。各組的甲烷產(chǎn)率分別為200.31,222.92,272.35,249.91,206.14 L/kg VS，其中最高甲烷產(chǎn)率組為3%處理組，較對(duì)照組提高了35.96%，而酸濃度過(guò)高時(shí)會(huì)因酸抑制和有機(jī)質(zhì)損耗過(guò)高導(dǎo)致甲烷產(chǎn)率反而降低。
　?。?）利用0.025 mol/L Fe2(SO4