玉米秸秆和牛粪混合厌氧发酵工艺优化研究

发布时间：2020-07-04 02:26

【摘要】：本论文是在国家农业科技跨越计划项目“以秸秆能源化利用为核心循环农业技术集成与示范”(项目编号:2130106-38)和国家农业科技成果转化资金项目“太阳能辅热型农村高效沼气设备工程化技术测试与转化”(05EFN214100171)的资助下完成的。本文紧紧围绕秸秆和畜禽类粪便的资源化联合利用,选取常见的玉米秸秆,根据河南省新郑市佳利奶牛养殖场模式建立了混合厌氧发酵模拟试验系统,研究玉米秸秆预处理的优化新工艺,探讨了在变温、恒温条件下秸秆和粪便的混合厌氧发酵规律。 (1)在查阅、研究玉米秸秆现有的预处理的基础上,提出先进行物理研磨、然后在常压条件下进行两段酸水解和超声水浴加热的预处理工艺方法,并确定了适宜的工艺条件为:一段浓酸预处理中,固液比为1:15,硫酸浓度为55%,超声时间25min,超声温度85℃,糖化率达到最大;二段稀酸段水解中,秸秆粒度为140目、固液比为1:12、稀硫酸浓度0.5%,超声时间为60min时,糖化率达到最大。经两段水解后,总糖收率显著增加,可达83.81%,比常规酸式水解提高了约26%。 (2)根据河南省新郑市佳利奶牛养殖场的实际情况,建立了混合厌氧发酵模拟试验系统,探讨变温和恒温条件下,纯牛粪和牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵的规律;在变温条件下,牛粪和玉米秸秆的不同混合比例对发酵效果的影响,得出以下相关结论:混合发酵的效果要优于单纯使用牛粪发酵的效果,恒温下相对高出41.47%,变温条件下要高出约96%;牛粪和玉米秸秆3:1的配比发酵要优于1:1的配比发酵,产气量提升了31.21%;配比较高的混合发酵对温度变化反应敏感。论文研究内容对当前解决秸秆和畜禽类粪便混合厌氧发酵,提高产气率具有一定的参考价值,对于发展我国循环农业、改善农村生态环境有着积极的作用。
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S216.4
【图文】：

能源消费结构,平均水平,美国,化石能源

能源一直是维持人类赖以生存和发展的动力之源，也是至今人类社会基础[1]。从早期原始人的钻木取火，到工业时代蒸汽机的发明，再到电力广泛使用，无不演绎着一部能源的兴衰更迭史。进入 21 世纪，随着人类高新科技的不断进步，太阳能、风能、核能、生物质能等新能源逐渐进入长期过量开采煤炭、石油等化石能源，使化石能源的现有储量日益减少[化石能源探明的现有储量和平均消耗速度计算，石油大约在 2050 年前后 50～65 年内枯竭；煤的可开采年限也不足 200 年。因此，化石能源的日人类社会的进程和发展[3,4]。同时，长期使用化石能源所导致的环境污染日趋严重,化石燃料燃烧时生成 CO、CO2、硫类化合物、粉尘、焦油和其成了严重的环境污染并使全球气候正逐渐发生着剧烈变化[5-7]。当前，我勃发展，尤其是工业化和城市化进程在不断推进，对能源的需求量也在持前有一半的石油需求量来自进口，并且随着进程的推进，百分比仍会增加攀升和远洋运输的恐怖威胁等因素，我国能源安全问题愈发凸显。我国的能源消费结构和世界其他国家相比，存在着严重不合理性。2010构和美国、世界平均水平对比情况如图 1[8]所示：

沼气综合利用,生物质

以秸秆等废弃生物质为原料生产乙醇是制备燃料乙醇最新最有前途的方法，其现的工业途径如下：秸秆→蒸汽爆破预处理→热水提取→纤维素→酶解→糖液→发酵→脱水→燃料乙醇其反应式是：( )6 10 5 2 6 12 6nnC H O + nH O →C H O催化剂6 12 6 2 5 2C H O → 2C H OH + 2CO↑催化剂但是，转换速度太慢,投资较大,成本相对较高,竞争力弱,使得推广有一定难度，需要家政策给予支持。1.2.3 生化转化技术生化转化技术是指通过生化菌和酶技术，促进生物质转化的过程[17]。生化转化技术要是以厌氧消化制取沼气和特种酶技术催化制氢为主。目前，利用植物的秸秆、枝叶；有废水；粪便等制取沼气技术比较成熟，也比较常见，并且得到了推广应用。而利用特种酶术催化制氢主要还集中在实验室研究阶段。沼气发酵好生物制氢的实质都是是微生物自身质代谢和能量代谢的一个生理过程[23～25]。

【参考文献】