【摘要】：據(jù)統(tǒng)計2012年全國秸稈總產(chǎn)量約為8.9億噸,可收集的資源總量約為7億噸,稻秸約占25%,即每年稻秸產(chǎn)量約有2億多噸。其中大部分被直接焚燒或者被當(dāng)做薪柴使用,這種處理利用方式不能夠高效的利用秸稈,并且?guī)砹藝?yán)重的環(huán)境問題。而將秸稈作為生物質(zhì)能源材料,進(jìn)行厭氧發(fā)酵制沼氣是一種既環(huán)保又符合自然規(guī)律的高效的資源利用方式。但是水稻秸稈木質(zhì)纖維素含量達(dá)到60%以上,并且其中易被微生物降解利用的纖維素被木質(zhì)素和半纖維素纏繞包裹,木質(zhì)素形成的這道屏障嚴(yán)重阻礙微生物胞外酶與纖維素的接觸,導(dǎo)致水稻秸稈發(fā)酵制沼氣出現(xiàn)瓶頸,也降低稻秸在厭氧發(fā)酵制沼氣過程中的利用率,導(dǎo)致干物質(zhì)產(chǎn)氣率降低。因此,要提高稻秸厭氧產(chǎn)沼氣工藝中秸稈的利用率,首先需要解決的問題就是解除木質(zhì)素的屏障作用。但木質(zhì)素的最初裂解需分子氧的存在,未經(jīng)過好氧處理的木質(zhì)素幾乎不能被微生物在厭氧環(huán)境下被降解[1],并且好氧微生物的繁殖速度遠(yuǎn)大于厭氧微生物[2],所以提出稻秸好氧厭氧兩相發(fā)酵工藝,并進(jìn)行工藝流程的設(shè)計和分析。設(shè)計好氧厭氧兩相發(fā)酵與單相發(fā)酵對比試驗,將稻秸產(chǎn)沼氣工藝分為好氧水解相和厭氧產(chǎn)甲烷相兩部分,其中好氧水解相采取供氣措施以打破木質(zhì)素的屏障作用,待好氧水解過程結(jié)束后再進(jìn)入?yún)捬醍a(chǎn)甲烷相進(jìn)行產(chǎn)甲烷發(fā)酵,探究好氧厭氧兩相發(fā)酵工藝與單相厭氧發(fā)酵工藝的差異,并設(shè)計在水解過程中添加不同的纖維素降解菌試驗,研究微生物強化作用,設(shè)計水解階段采用不同的供氣方式試驗,探索供氣方式對微生物強化作用的影響及其產(chǎn)氣情況。得到的主要結(jié)論如下:(1)好氧厭氧兩相發(fā)酵工藝對解除木質(zhì)素的屏障作用效果較好,其木質(zhì)素降解率達(dá)到4.57%,而傳統(tǒng)的單相厭氧發(fā)酵工藝木質(zhì)素幾乎不發(fā)生降解。木質(zhì)素降解率提高,其纖維素、半纖維素降解率也出現(xiàn)了明顯變化。好氧厭氧兩相發(fā)酵工藝的纖維素降解率達(dá)到了50%以上,比單相發(fā)酵高30%。并且其底物的TS降解率也有較大地提高,TS降解率達(dá)到62.25%,而單相厭氧發(fā)酵TS降解率只有44.35%,比單相厭氧發(fā)酵TS降解率提高40.36%。(2)通過將好氧厭氧兩相發(fā)酵實驗與單相厭氧發(fā)酵對比發(fā)現(xiàn),好氧厭氧兩相發(fā)酵工藝對改善秸稈的日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量、TS產(chǎn)氣率、單位干物質(zhì)產(chǎn)能量等均有良好的效果。實驗中好氧厭氧兩相發(fā)酵工藝的累積產(chǎn)氣量達(dá)到17000CmL,而單相厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氣量只達(dá)到了11000 mL。其TS產(chǎn)氣率和VS產(chǎn)氣率也均高于單相厭氧發(fā)酵的對照組,其最高的TS、VS產(chǎn)氣率分別可達(dá)到411.19 mL·g-1、450.97 mL·g-1比單相發(fā)酵的對照組提高30%。試驗中好氧厭氧兩相發(fā)酵工藝組TS產(chǎn)甲烷率達(dá)到246.63 mL·g-1,達(dá)到了稻秸理論干物質(zhì)產(chǎn)甲烷量的91.3%,比單相發(fā)酵的對照組提高36%。(3)不同菌種產(chǎn)生各種纖維素酶的能力是不同的,而纖維素酶還是一種誘導(dǎo)酶,不同的生長環(huán)境會極大的影響各種纖維素酶的產(chǎn)生和降解纖維素的活性,從而影響木質(zhì)纖維素的降解率。通過測定發(fā)現(xiàn)木霉和黑曲霉混合菌組總體酶活性較其他單一菌種的處理組高,其水解階段纖維素半纖維素降解率規(guī)律與其一致。試驗中混菌組累積產(chǎn)甲烷量高于其他組,說明木霉和黑曲霉在外界供氧的條件下兩種菌沒有產(chǎn)生抑制作用。(4)在不同供氣方式試驗中采用曝氣供氣方式的處理組總酶活較攪拌供氣方式高,其曝氣供氣組的TS產(chǎn)氣量達(dá)到438.57 mL·g-1,均高于攪拌組和對照組,說明曝氣供氣方式更有利于木霉和黑曲霉混合菌的生長。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S216.4

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