我國是農業(yè)大國,農業(yè)生產過程中產生的固體有機廢物因產量大、難處理、污染嚴重近年被廣泛關注,具有代表性的包括纖維素類生物質和禽畜養(yǎng)殖糞便。厭氧消化技術是處理農業(yè)固體有機廢物的主流技術之一,因環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展被廣泛研究。纖維素類生物質受結構緊密、結晶纖維素等影響很難被普通微生物高效轉化,常用的預處理方法存在操作復雜、成本高的問題。因此,有必要研究一種經(jīng)濟有效的預處理方法和一種可以高效轉化該類廢物的微生物系統(tǒng),研發(fā)適用于廣大農村地區(qū)的農業(yè)固體有機廢物處理新技術,具有重大而深遠的意義。本研究利用反芻動物瘤胃微生物高效降解纖維素類生物質原理,主要考察沼液對玉米秸稈預處理性能,小試、中試與工業(yè)化規(guī)模條件下體外模擬瘤胃微生物厭氧消化反應器高效降解玉米秸稈與禽畜養(yǎng)殖糞污產甲烷性能,主要研究內容包括:(1)采用正交實驗方法,利用厭氧消化剩余沼液含有較高濃度氨的特性對玉米秸稈進行預處理。結果表明:經(jīng)過沼液預處理后的秸稈表層結構被顯著破壞,內部酯鍵、醚鍵等連接結構化學鍵斷裂,相對結晶度從800%降低至最低的36.2%;9天的預處理時間、25℃左右的環(huán)境溫度和500%的沼液投加量秸稈預處理效果最好,影響因...

【文章頁數(shù)】：221 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號與縮寫表
1 緒論
    1.1 農業(yè)固體有機廢物概述
    1.2 纖維素類生物質與禽畜養(yǎng)殖糞污特性
        1.2.1 纖維素類生物質結構及特點
        1.2.2 禽畜糞便的成分及特點
    1.3 纖維素類生物質與養(yǎng)殖糞污廢物處理技術分析
        1.3.1 纖維素類生物質預處理技術
        1.3.2 厭氧消化技術
        1.3.3 好氧堆肥技術
        1.3.4 其它處理技術
    1.4 瘤胃微生物特征及在廢物處理中的應用
        1.4.1 瘤胃微生物組成
        1.4.2 瘤胃微生物特點及降解底物特性
        1.4.3 瘤胃微生物發(fā)酵系統(tǒng)研究與應用
    1.5 研究目的、意義與內容
        1.5.1 研究目的與意義
        1.5.2 研究內容
2 實驗材料與分析方法
    2.1 實驗材料
        2.1.1 實驗裝置
        2.1.2 接種微生物
        2.1.3 降解底物
        2.1.4 緩沖溶液
    2.2 檢測方法
        2.2.1 常規(guī)檢測
        2.2.2 電子掃描顯微鏡(SEM)
        2.2.3 傅里葉變換紅外分析(FTIR)
        2.2.4 結晶度指數(shù)(X-射線衍射分析,XRD)
        2.2.5 揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)
        2.2.6 氣體成分
        2.2.7 酶活性測定
        2.2.8 微生物高通量測序(MiSeq)
3 沼液預處理秸稈性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
    3.3 結果與討論
        3.3.1 預處理對秸稈結構的影響
        3.3.2 預處理對秸稈厭氧發(fā)酵過程的影響
        3.3.3 沼液預處理秸稈最優(yōu)條件
        3.3.4 沼液與其它常用氨化劑預處理效果對比
    3.4 本章小結
4 體外模擬瘤胃微生物反應器連續(xù)厭氧消化秸稈性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
    4.3 結果與討論
        4.3.1 連續(xù)厭氧消化秸稈水解酸化性能
        4.3.2 連續(xù)厭氧消化秸稈過程酶活性
        4.3.3 連續(xù)厭氧消化秸稈產氣性能
        4.3.4 連續(xù)厭氧消化秸稈底物物理性質變化
    4.5 本章小結
5 秸稈與豬糞混合共發(fā)酵與連續(xù)厭氧消化性能研究
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
    5.3 實驗結果與討論
        5.3.1 混合預處理最優(yōu)條件確定
        5.3.2 預處理對混合物物理化學性能的影響
        5.3.3 瘤胃微生物聯(lián)合厭氧發(fā)酵秸稈與豬糞產酸性能
        5.3.4 連續(xù)厭氧消化混合底物水解酸化性能
        5.3.5 連續(xù)厭氧消化混合底物過程酶活性
        5.3.6 連續(xù)厭氧消化混合底物產氣性能
        5.3.7 連續(xù)厭氧消化混合底物其它指標變化
    5.4 本章小結
6 中試規(guī)模瘤胃微生物厭氧消化農業(yè)固體有機廢物性能研究
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
    6.3 實驗結果與討論
        6.3.1 沼液預處理秸稈
        6.3.2 厭氧消化過程溫度與pH變化
        6.3.3 厭氧消化過程
        6.3.4 厭氧消化產氣性能
        6.3.5 聯(lián)合好氧堆肥性能
    6.4 本章小結
7 瘤胃微生物體外厭氧消化微生物菌群變化與代謝過程研究
    7.1 引言
    7.2 實驗部分
    7.3 實驗結果與討論
        7.3.1 瘤胃細菌變化分析
        7.3.2 瘤胃真菌變化分析
        7.3.3 瘤胃古細菌變化分析
        7.3.4 瘤胃微生物體外演替與代謝過程分析
    7.4 本章小結
8 固體有機廢物沼氣化、肥料化、零排放技術(IMFZ)工藝設計與工程實踐
    8.1 引言
    8.2 設計基礎
        8.2.1 工藝簡介
        8.2.2 設計依據(jù)
    8.3 工藝設計及經(jīng)濟分析
        8.3.1 主要設計參數(shù)
        8.3.2 工藝流程
        8.3.3 主要構筑物設計
        8.3.4 投資估算
        8.3.5 運行費用分析
        8.3.6 經(jīng)濟效益分析
        8.3.7 環(huán)境與社會效益分析
    8.4 纖維素類生物質原料收集半徑分析
    8.5 示范工程
    8.6 本章小結
9 結論與創(chuàng)新點
    9.1 結論
    9.2 創(chuàng)新點
    9.3 展望
參考文獻
作者簡介
攻讀博士學位期間科研項目及科研成果
致謝



本文編號：3848450