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组合预处理对玉米秸厌氧消化产气性能影响研究

王苹  
【摘要】: 我国是农业大国,各类作物秸秆资源十分丰富,每年农作物秸秆产量达8亿吨左右,居世界首位。玉米秸是三大主要农作物秸秆之一,利用厌氧消化技术将玉米秸转化成清洁的能源一沼气,是玉米秸生物质能源产业化的有效途径。作物秸秆的结构复杂,木质纤维素含量高,使得厌氧微生物难于对木质纤维素进行有效降解,导致了秸秆厌氧消化率低、产气量少。因此,作物秸秆的预处理技术是秸秆能源化利用的一个关键因素。化学预处理技术是目前使用的最多的木质纤维素预处理方法,能够有效的破坏秸秆木质素与纤维素之间的连接键,提高木质纤维素的降解率。为了实现玉米秸的高效能源转化,本文在课题组以往研究基础上,提出用NaOH和化学药剂组合在常温及高温下对玉米秸进行预处理的新方法,来提高其预处理效果和厌氧消化产气性能。研究常温下2%NaOH和1,4-二羟基蒽醌(AQ)、绿氧(GO)组合预处理,高温条件下GO、NaOH及其组合预处理后,玉米秸秆主要组分的变化,及其对厌氧消化产气的影响。 常温下,利用NaOH分别和AQ、GO组合对玉米秸进行预处理,随后,在65g·L-1的负荷下对其进行中温厌氧消化产气实验。实验结果表明,与2%NaOH湿式预处理相比较,组合预处理能够提高玉米秸的干物质损失率和半纤维素的降解率,使产气高峰提前,累积产气量提高,同时也缩短了厌氧消化时间T80。其中2%NaOH和0.1%AQ组合预处理样品累积产气量为44290mL,比2%NaOH湿式预处理样品提高了约19%;其单位VS产气量为423.8mL·g-1,比2%NaOH湿式预处理样品提高了18.5%。2%NaOH和0.05%GO组合预处理效果好,累积产气量达40750mL,是2%NaOH湿式预处理样品的1.1倍,其单位VS产气量为390mL·g-1,比2%NaOH湿式预处理样品提高了9.1%;消化单位VS产气量为783.1mL.g-1,提高了4.8%,厌氧消化时间T80缩短了5天。 此外,本文参考造纸中碱法制浆工艺,在水汽高温条件下,利用NaOH、GO、NaOH和GO组合等对玉米秸进行预处理,在65g·L-1的负荷下进行中温厌氧消化产气实验。实验结果表明,0.5%GO高温预处理样品累积产气量达20240mL,相对于未处理样品提高了约63%;2%NaOH高温预处理样品累积产气量为16280mL,比未处理样品提高了31.1%;2%NaOH和0.5%GO组合高温预处理样品累积产气量最多达19930mL,比未处理样品提高了60.5%;但与2%NaOH湿式预处理相比,除了0.5%GO和2%NaOH+0.5%GO高温预处理样品与其累积产气量相当外,其它样品均不如湿式预处理样品。 由以上结果可知,组合预处理能够有效地改善玉米秸的厌氧消化产气性能,提高产气量和组分的降解率,为玉米秸的厌氧消化实验提供了一个新的预处理方法。


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