廢棄菌糠變身清潔能源的創(chuàng)新性研究(已修改)
2025-01-27 03:53 本頁(yè)面
【正文】 【生物與環(huán)境科學(xué)專(zhuān)題研究報(bào)告】 廢棄菌糠變身清潔能源的創(chuàng)新性研究 石家莊市第二中學(xué)（河北省實(shí)驗(yàn)中學(xué)） 武文欣 指 導(dǎo) 教 師 ： 韓榮珍 朱月敏 【生物與環(huán)境科學(xué)專(zhuān)題研究報(bào)告】廢棄菌糠變身清潔能源的創(chuàng)新性研究學(xué) 校：石家莊市第二中學(xué)項(xiàng)目作者：武文欣指導(dǎo)教師：韓榮珍 朱月敏 廢棄菌糠變身清潔能源的創(chuàng)新性研究 石家莊市第二中學(xué)(河 北 省 實(shí) 驗(yàn) 中 學(xué)) 武文欣指導(dǎo)教師： 韓榮珍 朱月敏【摘 要】本研究以廢棄金針菇菌糠為原料生產(chǎn)沼氣，通過(guò)進(jìn)行原料預(yù)處理實(shí)驗(yàn)，建立了一套系統(tǒng)的金針菇菌糠發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的技術(shù)體系。發(fā)酵有機(jī)負(fù)荷為68%、C/N為25/沼氣池污泥為接種物，接種量30%，d、d添加Fe、Co、Ni元素，再添加微生物混合菌劑進(jìn)行常溫發(fā)酵應(yīng)用，%，%。該技術(shù)為沼氣生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)，不僅使廢棄的物質(zhì)資源得到深度開(kāi)發(fā)和循環(huán)利用，而且對(duì)緩解能源危機(jī)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面具有重要意義。關(guān)鍵詞：金針菇菌糠；沼氣；厭氧發(fā)酵實(shí)施地點(diǎn)：河北省科學(xué)院生物研究所石家莊市二中生物實(shí)驗(yàn)室實(shí)施時(shí)間：2009年7月——2010年11月選題背景2009年4月，我隨母親回靈壽老家探親，發(fā)現(xiàn)道路兩旁堆積了許多黑乎乎的東西，心中帶著些許疑問(wèn)回了家。正值中午，發(fā)現(xiàn)老家的人早不用小爐灶燒干柴做飯了，家家戶(hù)戶(hù)都建起了沼氣池，以往那種冒著滾滾黑煙在灶臺(tái)旁忙活的景象也看不見(jiàn)了。問(wèn)過(guò)家里人以后得知這一帶大部分農(nóng)民以栽培金針菇為主要副產(chǎn)業(yè)，路邊這些是被農(nóng)家廢棄的食用菌菌糠，不僅造成了對(duì)周邊環(huán)境的嚴(yán)重污染，還造成了資源的極大浪費(fèi)。突然我想到了沼氣，那是不是可以用菌糠來(lái)生產(chǎn)沼氣呢，使其變廢為寶？回家后我立即查閱了有關(guān)食用菌菌糠的知識(shí)，了解到隨著食用菌產(chǎn)業(yè)化、工廠化的蓬勃發(fā)展，其生產(chǎn)后的廢料——菌糠愈來(lái)愈多，據(jù)估計(jì)，我國(guó)每年的菌糠生產(chǎn)量已達(dá)500～600萬(wàn)噸。菌糠為栽培各種菌類(lèi)后剩下的廢棄物，其營(yíng)養(yǎng)成分比較豐富, 由于其內(nèi)含有氨基酸、蛋白質(zhì)及其他的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有“菌體蛋白”之稱(chēng)。這么大一筆豐富的可再利用資源，除少量被用作畜禽飼料外，大部分當(dāng)作廢料而被隨便扔掉或是燃燒。另外由于菌糠中又含有大量的菌絲體，適宜霉菌和害蟲(chóng)的生長(zhǎng)和繁衍，增加空氣中霉菌孢子和害蟲(chóng)的數(shù)量，給大氣造成污染。我國(guó)是世界上較早開(kāi)發(fā)應(yīng)用沼氣的國(guó)家之一。據(jù)查，自20世紀(jì)20年代初羅國(guó)瑞先生成功研發(fā)中國(guó)第一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的瓦斯庫(kù)—中華國(guó)瑞天然瓦斯庫(kù)，點(diǎn)燃了第一盞中華牌沼氣“神燈”算起，我國(guó)有目的開(kāi)發(fā)利用沼氣至今已80多年了?，F(xiàn)在沼氣技術(shù)已經(jīng)得到了大力推廣，并且國(guó)家給予了一定的資金支持。然而，我國(guó)目前生產(chǎn)沼氣的用料主要是牛糞，但是由于養(yǎng)牛業(yè)集中化、規(guī)模化，一些地區(qū)牛糞資源相對(duì)較少，農(nóng)戶(hù)獲取原料較困難，并且隨著新農(nóng)村建設(shè)快速發(fā)展，農(nóng)村庭院養(yǎng)殖不僅遠(yuǎn)離民宅，且規(guī)模越來(lái)越小，畜禽糞便在沼氣發(fā)酵中的比例明顯降低，所以需要尋找一些替代原料。將兩者一聯(lián)系起來(lái)我眼前一亮，我請(qǐng)教了學(xué)校的韓榮珍老師、朱月敏老師和河北省科學(xué)院生物研究所的張麗萍研究員。了解到我國(guó)是食用菌生產(chǎn)大國(guó)，據(jù)中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，107t，占全球總產(chǎn)量的70%以上。尤其我的家鄉(xiāng)河北靈壽一帶主要以栽培食用金針菇為主。伴隨著栽培技術(shù)的推廣，栽培金針菇的農(nóng)戶(hù)越來(lái)越多，每年就有大量的菌渣產(chǎn)生，這些被隨便地就地堆置或直接施入田中，不僅造成了農(nóng)業(yè)有機(jī)資源的巨大浪費(fèi)，還造成了周?chē)h(huán)境的惡化。然而目前對(duì)食用菌菌渣的利用研究大多集中在單個(gè)領(lǐng)域且研究不夠透徹，菌渣不能綜合、有效的利用。當(dāng)我提出把菌糠當(dāng)做沼氣發(fā)酵的原料的想法時(shí)，馬上得到了老師們的充分肯定，并且給我詳細(xì)介紹了沼氣發(fā)酵的主要過(guò)程、作用方式和技術(shù)要點(diǎn)，鼓勵(lì)我開(kāi)展一些這方面的試驗(yàn)。張老師說(shuō)菌糠由于其中豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為產(chǎn)甲烷菌長(zhǎng)期繁殖提供了基礎(chǔ)，可以作為沼氣生產(chǎn)原料。另外菌糠易于粉碎的特點(diǎn)不僅可以縮短投料前的準(zhǔn)備時(shí)間，還能縮短發(fā)酵時(shí)間，降低換料工作量等。另一方面，利用菌糠作為沼氣原料，可形成農(nóng)作物食用菌沼氣有機(jī)肥、飼料農(nóng)作物生物質(zhì)循環(huán)利用的高效生態(tài)農(nóng)業(yè)模型，不僅使物質(zhì)資源得到深度開(kāi)發(fā)和循環(huán)利用，而且對(duì)緩解能源危機(jī)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、減少疾病發(fā)生、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、增加農(nóng)民收入等方面具有重要意義。根據(jù)這些知識(shí)背景，帶著濃厚的科研興趣，在老師的指導(dǎo)下，我決心進(jìn)行金針菇菌糠發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的研究，并做了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)度進(jìn)行了大體的安排。2009年9月～2010年9月，我在河北省科學(xué)院生物研究所開(kāi)始了研究，在工作期間我熟悉了智能鼓風(fēng)干燥箱，電子天平，氣相色譜儀，馬弗爐等先進(jìn)的設(shè)備的使用，鍛煉了自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)等動(dòng)手能力。經(jīng)過(guò)一年多的學(xué)習(xí)實(shí)踐，最終通過(guò)各種發(fā)酵條件的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了金針菇菌糠與牛糞為原料的厭氧發(fā)酵相比，其產(chǎn)氣量、甲烷含量和有機(jī)質(zhì)利用率相當(dāng)，完全可以替代牛糞作為沼氣生產(chǎn)的原料。實(shí)驗(yàn)期間絕大部分工作自己完成；用氣相色譜測(cè)定甲烷含量在試驗(yàn)開(kāi)始階段由研究生姐姐協(xié)助完成，熟練后由自己完成，菌糠樣品由實(shí)驗(yàn)室老師和研究生哥哥、姐姐們回家順便幫忙取回。工作思路與技術(shù)路線(xiàn)1．工作思路我國(guó)食用菌菌渣每年產(chǎn)量巨大，卻不能被綜合、有效地利用，不僅造成了農(nóng)業(yè)有機(jī)資源的巨大浪費(fèi)，又給大氣造成污染。而我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)又急需尋找一些替代畜禽糞便的原料，針對(duì)這些問(wèn)題，通過(guò)研究食用菌菌糠的預(yù)處理技術(shù)、適宜的碳氮比、發(fā)酵溫度、酸堿度、優(yōu)良的接種物等沼氣發(fā)酵工藝技術(shù)，建立一套系統(tǒng)的菌糠發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的技術(shù)體系，為沼氣生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)，提高原料生物轉(zhuǎn)化率和沼氣產(chǎn)率，而且有利于解決能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題。2. 技術(shù)路線(xiàn)菌 糠粉碎 預(yù)處理
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