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油菜秸秆厌氧发酵特性与产气潜力研究

孙全平  
【摘要】:秸秆作为一种重要的生物质能,其能源化利用方式多样。秸秆沼气是指在厌氧条件下,多种微生物共同作用,将秸秆降解成沼气,并副产沼液和沼渣的过程。沼气含有50%~70%的甲烷,是高品位的清洁燃料,是可再生能源,可用于炊事、照明、发电等。因此,秸秆制沼不仅可优化能源结构,节约不可再生能源的消耗,还具有良好的经济、环境和生态效益。 本研究以油菜秸秆为发酵原料,利用农业部农村可再生能源开发利用西部科学实验站自行设计的发酵试验装置进行批示厌氧发酵,研究不同质量分数NaOH预处理油菜秸秆后的厌氧发酵特性,探索油菜秸秆与猪粪的不同配比对油菜秸秆厌氧发酵产气规律和产气量的影响,探讨温度、总固体质量分数、接种物浓度、C/N值的4因素不同水平下最大产气量的最优组合。研究内容和结果主要包括以下几个方面: 1.不同质量分数NaOH预处理对油菜秸秆厌氧消化特性的影响。油菜秸秆分别用质量百分数为2%、4%、6%和8%的NaOH预处理后进行厌氧发酵,试验结果表明,NaOH预处理后油菜秸秆的粗纤维、酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素含量都会下降,沼气产量升高,并且6%预处理的效果最佳。 2.油菜秸秆与猪粪的不同配比对油菜秸秆厌氧发酵产气规律和产气量的影响。结果表明,添加猪粪能够显著提高油菜秸秆厌氧发酵的产气效率,油菜秸秆与猪粪比例为1:1时的沼气产量能够达到只有猪粪作为发酵原料时的95%,产气效果最好。 3.油菜秸秆厌氧发酵产沼气工艺条件的优化。采用正交试验设计的方法,研究温度、总固体质量分数、接种率、C/N四因素不同水平的组合得出油菜秸秆总产气量最优组合的回归方程和变化曲线,从而预测其产气的变化规律。试验结果表明,因素最优水平组合为:A_3B_3C_1D_2,即最佳工艺参数为:发酵温度40℃,总固体浓度10%,接种率20%,C/N=25:1。极差和方差分析结果表明,温度、总固体浓度、接种率和C/N对产气量的影响程度是不一样的,各因素对产气量的影响主次依次为:温度(A)﹥总固体浓度(B)﹥C/N(D)﹥接种率(C)。温度对产气量的影响显著,总固体浓度和C/N对产气量的影响不显著。


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