發(fā)布時間：2020-11-20 02:32

　　 針對農(nóng)業(yè)廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷率低的問題,探究有效的強化技術(shù),提高產(chǎn)甲烷率。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)量與特性,本研究選取玉米秸稈、雞糞和牛糞作為典型農(nóng)業(yè)廢棄物進行試驗研究,得出的主要結(jié)論如下:玉米秸稈和牛糞的木質(zhì)纖維素含量高,產(chǎn)甲烷率低。酶強化試驗表明,酶預(yù)處理不僅通過提高底物中還原糖與低聚糖含量促進產(chǎn)甲烷,還通過破壞木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)促進厭氧發(fā)酵的水解過程來提高產(chǎn)甲烷率。在pH為5.5、溫度為55 ℃的條件下,經(jīng)過18小時的纖維素酶預(yù)處理,玉米秸稈和牛糞的產(chǎn)甲烷率分別為188.8mL CH4/g·VS和179.1mL·CH4/g·VS,與未進行酶預(yù)處理的相比,分別提高了 28%和12%。對于玉米秸稈,采用半纖維素酶預(yù)處理的產(chǎn)甲烷率提高了 8%。此外,在玉米秸稈厭氧發(fā)酵過程中直接添加淀粉酶,產(chǎn)甲烷率提高了 12%,對于實際應(yīng)用提供了一種簡便易行的方法。雞糞的氮含量高,作為單一物料進行厭氧發(fā)酵時,氨抑制是導(dǎo)致產(chǎn)甲烷率低的關(guān)鍵問題。本研究提出了雞糞預(yù)水解-膜吸收脫氨-厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的系統(tǒng),預(yù)水解過程可將雞糞中70%的有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮,隨后采用膜吸收脫氨技術(shù)可將氨氮含量降低至2 g/L以下,雞糞的產(chǎn)甲烷率可高達437.0 mL·CH4/g·VS。試驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)可有效地利用膜吸收技術(shù)解決氨抑制問題,提高雞糞的產(chǎn)甲烷率,膜吸收回收的硫酸銨還可作為化肥原料再利用。對于物料可得的情況,混合發(fā)酵可能是最經(jīng)濟的方式。本研究進行了雞糞與玉米秸稈、牛糞與玉米秸稈的混合發(fā)酵試驗,結(jié)果表明,在干重配比為3:1時兩種混合發(fā)酵都達到最大產(chǎn)甲烷率,分別將產(chǎn)甲烷率提高了 40%和15%。為進一步提高混合發(fā)酵的產(chǎn)甲烷率,進行了纖維素酶預(yù)處理玉米秸稈和直接在厭氧反應(yīng)器添加淀粉酶強化水解的試驗,結(jié)果牛糞與玉米秸稈混合發(fā)酵的產(chǎn)甲烷率分別達到364.0 mL·CH4/g·VS和377.6 mL CH4/g·VS,提高103%和111%,酶強化與混合發(fā)酵對提高產(chǎn)甲烷率具有協(xié)同效應(yīng)。此外,添加5%的果蔬垃圾與牛糞和玉米秸稈混合發(fā)酵,可縮短發(fā)酵的啟動時間,并將產(chǎn)甲烷率提高22%。本研究結(jié)果表明,針對不同的條件,采取不同的強化技術(shù),可有效地提高農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)甲烷率,進一步改善沼氣工程的經(jīng)濟效益,有助于促進沼氣工程的發(fā)展。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X71
【部分圖文】：

２．１我國農(nóng)業(yè)廢棄物現(xiàn)狀分析??人類社會由二十世紀(jì)進入二十一世紀(jì)的近幾十年來，人口不斷增長，物??質(zhì)需求和生產(chǎn)水平迅速提高。如圖２－１所示，根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)［５］??顯示，自改革開放以來，我國人口總數(shù)由１９７８年的９．８８億增長至２０１７年的??１４．４１億。人口增長與經(jīng)濟發(fā)展的同時也消耗了大量能源，２０１７年我國能源??消費總量為４４．９億噸標(biāo)煤，比上年增長２．９％［６】。并且，規(guī)劃到２０２０年，全??國常住人口城鎮(zhèn)化率將達到６０％左右而城鎮(zhèn)化率每提高１％，能源消費至??少會增長６０００萬噸以上標(biāo)煤。因此，發(fā)展可再生能源、促進我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)??整對我國經(jīng)濟社會發(fā)展與環(huán)境保護都至關(guān)重要。??２〇???｜．６ｘｌ０４??１＊－?人Ｕ?：丨祕，??，６?．?一■—中國農(nóng)業(yè)牛產(chǎn)總值??？?１．２ｘｌ０４?７７??■團■?■?：－ｉ??＾?ＩＵ：?■?Ｉ?Ｉ?ｍ?Ｉ?Ｉ?＇?＂〇ｘｉＵ＞??ＩＩＩ?ＨＩ?Ｉｆ??１９７８?Ｉ９ＳＳ?１９９８?２００８?２０１６?２０１７??年份??圖２－１我國人口與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的增長情況（數(shù)據(jù)來源：聯(lián)合國糧農(nóng)組織Ａ）??同時

按照產(chǎn)量與特性選取我國典型的農(nóng)業(yè)廢棄物進行研宄。如圖２－４所示，??我國２０１４年農(nóng)作物秸稈總量為８．１９億噸，主要為玉米秸稈、水稻秸稈和小??麥秸稈，比重分別為２８．９％、２５．２％和２１．６％【３］。２０１６年，我國玉米秸桿產(chǎn)量??又增長了?７．６％，達到了?２．５５億噸。并且，分析常見農(nóng)作物秸稈的木質(zhì)纖維素??含量，如表２－１所示，玉米秸桿中含有大量的纖維素、半纖維和木質(zhì)素，可??代表農(nóng)作物秸桿的高木質(zhì)纖維素含量的典型特征。因此，本課題選取玉米秸??稈作為典型農(nóng)業(yè)廢棄物進行研宄。??－４?－??

按照產(chǎn)量與特性選取我國典型的農(nóng)業(yè)廢棄物進行研宄。如圖２－４所示，??我國２０１４年農(nóng)作物秸稈總量為８．１９億噸，主要為玉米秸稈、水稻秸稈和小??麥秸稈，比重分別為２８．９％、２５．２％和２１．６％【３］。２０１６年，我國玉米秸桿產(chǎn)量??又增長了?７．６％，達到了?２．５５億噸。并且，分析常見農(nóng)作物秸稈的木質(zhì)纖維素??含量，如表２－１所示，玉米秸桿中含有大量的纖維素、半纖維和木質(zhì)素，可??代表農(nóng)作物秸桿的高木質(zhì)纖維素含量的典型特征。因此，本課題選取玉米秸??稈作為典型農(nóng)業(yè)廢棄物進行研宄。??－４?－??
【參考文獻】

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1 趙玲;王聰;田萌萌;李欣諭;;秸稈與畜禽糞便混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性研究[J];中國沼氣;2015年05期

2 閆智培;李紀(jì)紅;李十中;崔婷;余孟輝;從廣濤;趙剛;;木質(zhì)素對木質(zhì)纖維素降解性能的影響[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2014年19期

3 楚莉莉;田孝鑫;楊改河;;不同生物預(yù)處理對玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響[J];東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2014年04期

4 高鍵;關(guān)可興;焦晶;姜文洙;張應(yīng)玖;;細(xì)菌漆酶的結(jié)構(gòu)、催化性能及其應(yīng)用[J];分子催化;2014年02期

5 路瑤;魏賢勇;宗志敏;陸永超;趙煒;曹景沛;;木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用[J];化學(xué)進展;2013年05期

6 董飛青;李霞;盧劍波;;發(fā)酵底物混合厭氧發(fā)酵的研究進展[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報;2012年07期

7 田宜水;;中國規(guī)�；B(yǎng)殖場畜禽糞便資源沼氣生產(chǎn)潛力評價[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2012年08期

8 余紫蘋;彭紅;林妲;阮榕生;王娜;胡錚;劉玉環(huán);張錦勝;;植物半纖維素結(jié)構(gòu)研究進展[J];高分子通報;2011年06期

9 陳廣銀;鄭正;鄒星星;李繼紅;楊世關(guān);;稻草與豬糞混合厭氧消化特性研究[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2009年01期

10 張無敵,宋洪川,李建昌,韋小巋;水解酶提高豬糞沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣率[J];太陽能學(xué)報;2002年05期

本文編號：2890807