【摘要】：水稻是我國(guó)長(zhǎng)江流域主要的糧食作物,水稻秸稈的直接燃燒不僅是國(guó)家明令禁止的,而且嚴(yán)重污染環(huán)境,造成極大的資源浪費(fèi)。將水稻秸桿通過(guò)厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化為生物天然氣,可以有效緩解中國(guó)能源緊缺和減輕環(huán)境污染的問(wèn)題。水稻秸稈因其表面堅(jiān)固的硅質(zhì)和內(nèi)部復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu),不能直接高效地被厭氧微生物降解生產(chǎn)生物氣。針對(duì)水稻秸稈厭氧發(fā)酵降解率低的問(wèn)題,本文提出一種通過(guò)表面揉搓提高水稻秸稈利用率的預(yù)處理方法。主要研究表面揉搓預(yù)處理對(duì)水稻秸稈理化性質(zhì)和厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的影響,并探討揉搓預(yù)處理對(duì)后續(xù)稀堿預(yù)處理的促進(jìn)作用,優(yōu)化揉搓和稀堿聯(lián)合預(yù)處理的工藝參數(shù)。研究得到如下結(jié)論:1、污泥適用于水稻秸稈的厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣,發(fā)酵液穩(wěn)定的pH為7.6～7.9相比于豬沼和牛沼接種液,水稻秸稈混合污泥接種液發(fā)酵的產(chǎn)氣量最高、產(chǎn)甲烷量最高且產(chǎn)氣速率最快。選用污泥對(duì)不同預(yù)處理水稻秸稈進(jìn)行接種發(fā)酵,結(jié)果表明:水稻秸稈厭氧發(fā)酵穩(wěn)定的pH范圍是7.6～7.9之間。2、揉搓預(yù)處理是一種高效的水稻秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的預(yù)處理方式水稻秸稈經(jīng)過(guò)揉搓預(yù)處理,不僅物理尺寸減小至2～3厘米,而且莖桿的內(nèi)表面得以有效暴露;揉搓過(guò)程還能夠?qū)λ窘斩挶砻娴墓栀|(zhì)進(jìn)行打磨,去除水稻秸稈31%的硅質(zhì)。經(jīng)過(guò)揉搓預(yù)處理,水稻秸稈厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣量提升33.65%,達(dá)到98.10mL/gTS。3、水稻揉搓預(yù)處理后能夠提升隨后稀堿處理的厭氧發(fā)酵效果稀堿預(yù)處理不但能夠去除木質(zhì)素,還能去除秸稈表面疏水性的硅質(zhì),有效地破壞秸稈內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)。相比硅質(zhì)保護(hù)的外表面,稀堿預(yù)處理對(duì)秸稈內(nèi)表面的破壞效果更為顯著。揉搓預(yù)處理能夠強(qiáng)化稀堿預(yù)處理的破壞效果,揉搓和稀堿聯(lián)合預(yù)處理產(chǎn)氣量達(dá)到130.70mL/gTS,比單稀堿預(yù)處理高23.29%。4、揉搓水稻秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的稀堿處理的最佳工藝揉搓和稀堿聯(lián)合預(yù)處理對(duì)秸稈進(jìn)行厭氧發(fā)酵,經(jīng)過(guò)正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)揉搓和稀堿聯(lián)合預(yù)處理中各因素對(duì)水稻秸稈厭氧產(chǎn)氣的影響大小排序?yàn)?NaOH濃度預(yù)處理溫度預(yù)處理時(shí)間。預(yù)處理的最佳條件:NaOH濃度4%,水浴加熱時(shí)間為3 h,水浴溫度為80℃,產(chǎn)氣量達(dá)到157.55 mL/gTS,比未處理組高123.16%。以上是揉搓預(yù)處理對(duì)水稻秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的探究,這些結(jié)果將有助于尋找合適的預(yù)處理方式,為今后水稻秸稈能源化提供參考。
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S216.4;X712
【圖文】：

１．１研究背景逡逑水稻是我國(guó)長(zhǎng)江流域種植最廣泛的糧食作物，水稻秸稈是指水稻收獲后去除穗頭逡逑和根部的地上殘留物，是水稻主要的副產(chǎn)物。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局農(nóng)業(yè)普查數(shù)據(jù)，如圖１－１逡逑所示，近十三年來(lái)稻谷產(chǎn)量增長(zhǎng)了邋２９．６１％，２０１５年稻谷產(chǎn)量２０８２０萬(wàn)噸［１］。有研宄逡逑表明平均每收獲丨ｋｇ稻谷，就產(chǎn)出１．０？１．５邋ｋｇ水稻秸稈｜２｜；按谷草比１：１．１計(jì)算，當(dāng)前逡逑水稻秸稈的年產(chǎn)Ｍ已經(jīng)超過(guò)２３０００萬(wàn)噸。因此，數(shù)量龐大的水稻秸稈如何解決成為政逡逑府面臨的棘手Ｈ題。逡逑２５０００邋ｒ逡逑９邐稻谷產(chǎn)量逡逑水稻秸稈估產(chǎn)邐邐＃逡逑|r＿邐S謾轘謾垮義�？逦一？—’宸�(wěn)藻義希玻埃埃埃板澹邋五危垮�？逦辶x希В椋椋歟歟歟歟歟歟歟戾義希保擔(dān)埃埃板澹璚邋＿逡逑圓邋＿＿＿＿＿＿＿＿邋W＿＿逡逑２００３邐２００４邐２００５邐２００６邐２００７邐２００８邐２００９邐２０１０邐２０１１邐２０１２邐２０１３邐２０１４邐２０１５逡逑年份逡逑圖１＿丨近十三年的稻谷產(chǎn)量逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｒｉｃｅ邋ｙｉｅｌｄｓ邋ｆｏｒ邋ｌａｔｅｌｙ邋ｔｈｉｒｅｅｎ邋ｙｅａｒｓ逡逑在二十世紀(jì)末期，我國(guó)農(nóng)村居民把秸稈當(dāng)作主要的炊事燃料，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逡逑和農(nóng)用能源的改善，原本作為農(nóng)村能源的秸稈被逐漸取代；丨丨１于秸稈ＩＢ１身能量密度低、逡逑運(yùn)輸成木高、綜合利川經(jīng)濟(jì)性差和產(chǎn)業(yè)化程度低等原因，我國(guó)的農(nóng)作區(qū)普遍出現(xiàn)秸稈逡逑過(guò)剩問(wèn)題［３］。尤其在稻麥輪作區(qū)，由于輪作周期短、秸稈產(chǎn)量高、還田消耗量有限，逡逑梧稈過(guò)剩問(wèn)題十分嚴(yán)重。傳統(tǒng)的農(nóng)戶為丫搶農(nóng)時(shí)圖方便

南京秸桿沼氣工程采用壓塊預(yù)處理的工藝，產(chǎn)氣效果良好。因此，本試驗(yàn)采用壓逡逑塊預(yù)處理的水稻秸桿進(jìn)行不同接種物的篩選。水稻秸稈經(jīng)過(guò)壓塊機(jī)切碎并擠壓，成直逡逑徑為３邋ｃｍ的圓棒狀固體，密度可達(dá)１．２邋ｇ／ｃｍ３。壓塊預(yù)處理的工作原理如圖２－１所示。逡逑水稻秸稈進(jìn)入環(huán)模與壓輥之間，壓輥在主軸的帶動(dòng)下繞主軸公轉(zhuǎn)，同時(shí)，在自身與物逡逑料之間的摩擦力作用下，繞壓輥軸自轉(zhuǎn)，物料在壓輥的擠壓下進(jìn)入環(huán)模孔，隨著擠壓逡逑力的增加，溫度越來(lái)越高，秸稈中的木質(zhì)素在一定溫度下分解，充當(dāng)粘結(jié)劑的作用，逡逑將秸稈粘結(jié)在一起。隨著更多的秸稈進(jìn)入環(huán)�？�，己經(jīng)成型的壓塊秸稈從環(huán)�？字胁诲义蠑啾粩D出，在自身重力作用下，折成一定長(zhǎng)度的成型秸桿，從環(huán)模孔出口處落下。逡逑１２逡逑

隨機(jī)抓取作為發(fā)酵底物，不僅有助于保證發(fā)酵底物的均勻性，減小實(shí)驗(yàn)誤差，還能促逡逑進(jìn)接種物和底物均勻混合，有助于發(fā)酵產(chǎn)氣的快速啟動(dòng)。逡逑圖２－１壓塊預(yù)處理的原理圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｓｅｄ邋ｐｒｅｔｒｅａｔｉｎｅｎｔ逡逑注：１．環(huán)模２．壓輥逡逑２．２．２．２揉搓預(yù)處理水稻秸稈逡逑揉搓預(yù)處理的工作原理圖如２－２所示。秸稈進(jìn)入喂入口后，首先受到喂入口處錘逡逑片的打擊。由于錘片末端具有較高的線速度，秸稈在錘片的作用下被打斷或打折。被逡逑打斷、打折的秸稈受到錘片的抓取和氣流的抽吸雙重作用，被帶入揉碎室。進(jìn)入揉碎逡逑室內(nèi)的物料受到錘片和齒條的沖，丨；？、揉搓等作川以及揉碎審內(nèi)流場(chǎng)作川。在以Ｉ：兒種逡逑作用的井同影響下，物料逐漸被加工成絲段狀，幾被推送至拋送口處，eA終被拋出揉逡逑碎機(jī)。逡逑因?yàn)槿啻杲諚U往往聚集成團(tuán)狀，S窩靶杷＞然旌希偎婊巫魑⒔偷孜錚義弦約跣「髦馗醋櫓淶奈蟛�。辶x希玻玻玻史鬯樵ご硭窘招義轄窘嶄淹度敕鬯榛�，粉碎v種雍螅熱⊙�。辶x希保沖義

本文編號(hào)：2763117