【摘要】：環(huán)境污染和資源浪費(fèi)是農(nóng)業(yè)廢棄物不能被合理利用的結(jié)果。厭氧發(fā)酵技術(shù)將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣,是合理利用農(nóng)業(yè)廢物的重要途徑。但農(nóng)業(yè)廢棄物中的秸稈中木質(zhì)素含量高,并將纖維素和半纖維素包裹住。因此秸稈直接進(jìn)行發(fā)酵存在啟動慢、產(chǎn)氣效率低、發(fā)酵不完全、發(fā)酵周期長等問題。本研究以農(nóng)業(yè)廢物中的牛糞、水稻秸稈和小麥秸稈為發(fā)酵原料,利用超聲波、堆腐、氫氧化鈉、氨水、鹽酸和醋酸對發(fā)酵原料進(jìn)行預(yù)處理,之后按照牛糞和秸稈干物質(zhì)比為1:1,在試驗室批次試驗的條件下進(jìn)行混料厭氧發(fā)酵。探討高效經(jīng)濟(jì)的厭氧發(fā)酵原料預(yù)處理技術(shù),得出各種預(yù)處理方式在何種預(yù)處理條件下能產(chǎn)生最大沼氣產(chǎn)量,分析預(yù)處理對發(fā)酵初始環(huán)境和發(fā)酵過程的影響,探究預(yù)處理后產(chǎn)氣量與發(fā)酵初始環(huán)境和發(fā)酵過程穩(wěn)定性的關(guān)系,揭示預(yù)處理提高產(chǎn)氣量的內(nèi)在原因,并對比分析最佳產(chǎn)氣量的預(yù)處理條件的厭氧發(fā)酵綜合效益。主要結(jié)論如下:(1)適宜的超聲波預(yù)處理、堆腐預(yù)處理、氫氧化鈉預(yù)處理、氨水預(yù)處理、鹽酸預(yù)處理和醋酸預(yù)處理條件均能顯著提高厭氧發(fā)酵總氣產(chǎn)量(P0.01)。超聲波預(yù)處理中,水稻秸稈預(yù)處理20分鐘與牛糞預(yù)處理40分鐘混料厭氧發(fā)酵處理組和小麥秸稈預(yù)處理20分鐘與牛糞混料厭氧發(fā)酵30分鐘處理組總產(chǎn)氣量最高,分別為13679 mL和13100 m L。堆腐預(yù)處理中,水稻秸稈與牛糞混料物質(zhì)在35℃下預(yù)處理6天處理組和小麥秸稈與牛糞混料物質(zhì)在35℃下預(yù)處理6天處理組總產(chǎn)氣量最高,分別為16005m L和16515m L。氫氧化鈉預(yù)處理中,水稻秸稈被3%的氫氧化鈉預(yù)處理4天與牛糞混料厭氧發(fā)酵處理組和小麥秸稈被3%的氫氧化鈉預(yù)處理4天與牛糞混料厭氧發(fā)酵處理組總產(chǎn)氣量最高,總產(chǎn)氣量分別為14365mL和13830m L。氨水預(yù)處理中,水稻秸稈被8%的氨水預(yù)處理4天與牛糞混料厭氧發(fā)酵處理組和小麥秸稈被8%的氨水預(yù)處理2天與牛糞混料厭氧發(fā)酵處理組總產(chǎn)氣量最高,分別為16940m L和19925m L。,水稻秸稈被2%的鹽酸預(yù)處理4天與牛糞混料厭氧發(fā)酵處理組和小麥秸稈被3%的鹽酸預(yù)處理2天與牛糞混料厭氧發(fā)酵處理組總產(chǎn)氣量最高,分別為13225m L和20225mL。醋酸預(yù)處理中,水稻秸稈被4%的醋酸預(yù)處理6天與牛糞混料厭氧發(fā)酵處理組和小麥秸稈被4%的醋酸預(yù)處理4天與牛糞混料厭氧發(fā)酵處理組總產(chǎn)氣量最高,分別為11605mL和11880m L。(2)水稻秸稈和牛糞混料厭氧發(fā)酵初始環(huán)境中纖維素酶活力、還原性糖含量、VFA含量和pH受預(yù)處理的影響。超聲波預(yù)處理后,纖維素酶活力、還原性糖含量、VFA含量和pH的最大值分別是4.22 IU/m L、11.29 mg/m L、746 mg/L和7.6,堆腐預(yù)處理后其最大值分別是1.55 IU/mL、9.25 mg/m L、576 mg/L和7.9,氫氧化鈉預(yù)處理后,其最大值分別是5.47 IU/m L、30.03 mg/m L、511 mg/L和8.7,氨水預(yù)處理后其最大值分別是6.11 IU/mL、40.35 mg/m L、1092 mg/L和9.2,預(yù)處理后其最大值分別是8.26 IU/mL、82.89 mg/mL、1194 mg/L和7.0,醋酸預(yù)處理后,其最大值分別是5.83 IU/m L、32.91 mg/m L、2623 mg/L和7.2。小麥秸稈和牛糞混料厭氧發(fā)酵初始發(fā)酵環(huán)境中纖維素酶活力、還原性糖含量、VFA含量和pH受超聲波預(yù)處理、堆腐預(yù)處理、氫氧化鈉預(yù)處理、鹽酸預(yù)處理、氨水預(yù)處理和醋酸預(yù)處理的影響。超聲波預(yù)處理后纖維素酶活力、還原性糖含量、VFA含量和pH的最大值分別是2.05 IU/m L、12.97 mg/m L、683 mg/L和7.7,堆腐預(yù)處理后其最大值分別是1.42 IU/m L、8.88 mg/mL、315 mg/L和7.7。氫氧化鈉預(yù)處理其最大值分別是3.08 IU/m L、18.41 mg/m L、653 mg/L和8.3。氨水預(yù)處理后其最大值分別是5.98 IU/m L、54.30 mg/m L、1317 mg/L和9.2。鹽酸預(yù)處理后,其最大值為最大值分別是8.82 IU/m L、36.87 mg/mL、873 mg/L和7.8,醋酸預(yù)處理后其最大值分別是9.38 IU/m L、89.59 mg/m L、2753 mg/L和6.7。(3)厭氧發(fā)酵初始環(huán)境中纖維素酶活力、還原性糖含量、VFA含量和pH值對厭氧發(fā)酵對厭氧發(fā)酵總沼氣有直接影響和間接影響。不同預(yù)處理方式使秸稈與牛糞混料厭氧發(fā)酵初始環(huán)境與總產(chǎn)量的關(guān)系不同。在發(fā)酵初始環(huán)境中,除纖維素酶活力、還原性糖含量、VFA含量和pH外,還存在其他因素對總產(chǎn)氣量產(chǎn)生影響。水稻秸稈和牛糞混料厭氧發(fā)酵各個處理組中,超聲波預(yù)處理、堆腐預(yù)處理、氫氧化鈉預(yù)處理、鹽酸預(yù)處理、氨水預(yù)處理和醋酸預(yù)處理發(fā)酵初始環(huán)境與總產(chǎn)氣量的通經(jīng)分析的剩余系數(shù)分別為0.766、0.827、0.596、0.762、0.468和0.379,而在小麥秸稈和牛糞混料厭氧發(fā)酵各個處理組中剩余系數(shù)分別為0.745、0.720、0.449、0.844、0.513和0.826。(4)水稻秸稈和牛糞混料物質(zhì)及小麥秸稈混料物質(zhì)均在35℃下預(yù)處理6天,凈收入最高,分別為296.07元/年和302.12元/年。醋酸預(yù)處理水稻秸稈和小麥秸稈后與牛糞混料厭氧發(fā)酵不適宜應(yīng)用到生產(chǎn)實際中。超聲波、堆腐、氫氧化鈉、氨水和鹽酸預(yù)處理水稻秸稈和小麥秸稈后與牛糞混料厭氧發(fā)酵適宜利用到實際生產(chǎn)中。水稻秸稈和小麥秸稈被8%的氨水預(yù)處理4天和2天的生態(tài)效益最高,分別比對照高159.00%和181.53%。(5)預(yù)處理通過影響發(fā)酵過程中日產(chǎn)氣量、纖維素酶活力、還原性糖含量、VFA含量和pH之間的關(guān)系提高厭氧發(fā)酵總產(chǎn)氣量。預(yù)處理后厭氧發(fā)酵過程因素的穩(wěn)定性被改變,這種改變相互作用,使厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定性被提高。厭氧發(fā)酵不同階段日產(chǎn)氣量的主要影響因素不同。小麥秸稈預(yù)處理后與牛糞混料厭氧發(fā)酵過程中纖維素酶活力、還原性糖含量、VFA含量、pH值和日產(chǎn)氣量的穩(wěn)定性均受預(yù)處理的影響。預(yù)處理后pH值的穩(wěn)定性被降低,VFA含量的穩(wěn)定性被提高。
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【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S216.4
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本文編號：2417381