【摘要】：我國(guó)每年生產(chǎn)的秸稈總量約為7.4×108噸,大部分被燃燒或者浪費(fèi)。以秸稈為原料生產(chǎn)甲烷是常用且有效的生物質(zhì)處理方式,有利于經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。秸稈生物質(zhì)由于復(fù)雜的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu),使得水解酸化成為厭氧消化過(guò)程中主要的限速步驟,從而影響到后續(xù)的產(chǎn)甲烷過(guò)程。本文通過(guò)纖維素酶和牛血清蛋白的添加,來(lái)提高水解反應(yīng),增加厭氧消化過(guò)程的氣體產(chǎn)量。本研究以玉米秸稈為原料,考察了將纖維素酶和牛血清蛋白直接加入?yún)捬醴磻?yīng)系統(tǒng)對(duì)厭氧消化的影響,及纖維素酶和牛血清蛋白預(yù)處理對(duì)玉米秸稈水解和厭氧消化的影響。通過(guò)考察厭氧消化過(guò)程中物質(zhì)的變化和產(chǎn)氣情況、以及預(yù)處理后水解與產(chǎn)氣的關(guān)系,研究了纖維素酶和牛血清蛋白的作用機(jī)理和作用效果。主要研究結(jié)果如下：將纖維素酶在厭氧反應(yīng)的前期(1 d)、中期(10 d)和后期(20 d)分別加入?yún)捬醴磻?yīng)系統(tǒng),累積產(chǎn)氣量較不添加纖維素酶的對(duì)照組分別提高了18.66%、10.39%和1.93%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在不同時(shí)間添加纖維素酶均可促進(jìn)厭氧反應(yīng)的進(jìn)行,但前期添加更為明顯。在厭氧消化過(guò)程中添加纖維素酶可以有效提高厭氧消化的水解過(guò)程,對(duì)后續(xù)的產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷過(guò)程有一定的促進(jìn)作用。反應(yīng)前期向厭氧消化系統(tǒng)中添加牛血清蛋白和纖維素酶,發(fā)現(xiàn)牛血清蛋白聯(lián)合纖維素酶添加的厭氧反應(yīng)系統(tǒng)與僅添加纖維素酶的反應(yīng)系統(tǒng)相比,累積產(chǎn)氣量提高8%左右,但對(duì)水解酸化的影響更為顯著。用纖維素酶對(duì)玉米秸稈進(jìn)行酶預(yù)處理,以酶用量、預(yù)處理時(shí)間和底物濃度為考察指標(biāo),得出最佳的酶預(yù)處理?xiàng)l件為酶用量30 FPU/g,預(yù)處理時(shí)間為24 h,底物濃度為60 g/L。在此預(yù)處理?xiàng)l件下,累積產(chǎn)氣量達(dá)到249.01 ml/g VS,最大產(chǎn)氣速率達(dá)到23.77ml/g VS·d。與不進(jìn)行酶預(yù)處理的對(duì)照組相比,產(chǎn)氣高峰提前了3 d,累積產(chǎn)氣量提高了36.9%。通過(guò)牛血清蛋白輔助纖維素酶預(yù)處理玉米秸稈實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)牛血清蛋白可以明顯促進(jìn)纖維素酶的水解產(chǎn)糖量,當(dāng)牛血清蛋白投加量為0.08g/g時(shí),還原糖量提高了31.3%,達(dá)到228.7 mg/g。隨后添加接種污泥進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)與僅用酶預(yù)處理的秸稈相比,牛血清蛋白輔助纖維素酶預(yù)處理后對(duì)累積產(chǎn)氣量的變化幾乎沒(méi)有影響。說(shuō)明牛血清蛋白在厭氧消化過(guò)程中僅僅影響了水解階段酶的活性,對(duì)后續(xù)的產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷中酶活沒(méi)有影響。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X712

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本文編號(hào)：2541474