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正文內(nèi)容

堆漚預(yù)處理法對(duì)玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣影響畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-24 14:01 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 缺的壓力,還可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán),降低生物質(zhì)的消耗[14],對(duì)促進(jìn)生物質(zhì)良性循環(huán)、建立生態(tài)農(nóng)業(yè)以及維護(hù)生態(tài)平衡都有著積極的作用。將農(nóng)作物秸稈科學(xué)有效的處理,不僅能使資源合理利用,還有利于環(huán)境的保護(hù)。近年來(lái),由于農(nóng)作物秸稈導(dǎo)致的環(huán)境污染事件時(shí)有發(fā)生,每到夏收、秋收季節(jié),秸稈常常被拋入河道、池塘或直接就地焚燒,不僅浪費(fèi)了大量的秸稈資源,還嚴(yán)重污染了大氣、水質(zhì)資源等[15],對(duì)農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境和農(nóng)民人居環(huán)境產(chǎn)生了極大的破壞,導(dǎo)致航空、公路、河道等交通安全隱患,造成人為的生態(tài)災(zāi)難。因此,在應(yīng)對(duì)農(nóng)作物秸稈過(guò)剩問(wèn)題上,加大秸稈資源化利用的力度已勢(shì)在必行。據(jù)相關(guān)資料表明,每利用1萬(wàn)噸秸稈替代煤炭,、二氧化硫排放量100噸、煙塵排放量100噸,可見(jiàn)環(huán)境效益十分顯著[16]。因此秸稈沼氣在促進(jìn)秸稈資源化利用、減輕秸稈過(guò)剩而導(dǎo)致的環(huán)境污染、交通隱患等方面的應(yīng)用前景十分廣闊,而研究及優(yōu)化秸稈產(chǎn)沼氣效率的工作勢(shì)在必行。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)記錄預(yù)處理過(guò)程中微生物生長(zhǎng)量的變化、預(yù)處理前后玉米秸稈結(jié)構(gòu)變化、預(yù)處理前后玉米秸稈各組分含量變化,對(duì)甲烷含量進(jìn)行分析,從而得出堆漚預(yù)處理對(duì)玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響。2 實(shí) 驗(yàn)玉米秸稈:取自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田,收獲后的玉米秸稈在自然條件下風(fēng)干,用剪刀剪至3~5cm備用。產(chǎn)甲烷接種物:取自本實(shí)驗(yàn)室牛糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣結(jié)束后的厭氧活性污泥。試驗(yàn)裝置為實(shí)驗(yàn)室自制的容積為1L的批量式厭氧發(fā)酵裝置,裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 圖21 發(fā)酵裝置示意圖HP8453型(上海安捷倫科技有限公司生產(chǎn))分光光度計(jì);S3400N II型掃描電鏡(日本HITACHI生產(chǎn));安捷倫6820型氣象色譜儀(北京京科瑞達(dá)科技有限公司生產(chǎn));取備用玉米秸稈1500 g,置于自制秸稈類(lèi)生物質(zhì)兼氧預(yù)處理反應(yīng)器中,按照固液質(zhì)量比1:5加入蒸餾水,混合均勻在反應(yīng)器中進(jìn)行好氧發(fā)酵。反應(yīng)器為圓柱體結(jié)構(gòu),采用不銹鋼材料制作,其高為40cm,內(nèi)徑為30cm,在反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有溫度探測(cè)點(diǎn),表面覆有保溫材料。每隔2d取樣測(cè)定不同預(yù)處理過(guò)程中物料中的微生物生長(zhǎng)量、pH值以及COD值,對(duì)預(yù)處理前后玉米秸稈中木質(zhì)素、纖維素、半纖維素的含量進(jìn)行測(cè)定,并用掃描電鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)變化,對(duì)比分析物料特性變化原因。 根據(jù)秸稈的固態(tài)物含量配制TS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的料液,接種不同的接種物,在厭氧發(fā)酵裝置中進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣試驗(yàn)。微生物生長(zhǎng)量的測(cè)定:采用HP8453型(上海安捷倫科技有限公司生產(chǎn))分光光度計(jì)在600nm處測(cè)定樣品的OD600值,作為微生物細(xì)胞濃度。纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量的測(cè)定:參考范式水洗法進(jìn)行測(cè)定。掃描電鏡分析:取少量預(yù)處理前后的玉米秸稈樣品,用S3400N II型掃描電鏡(日本HITACHI生產(chǎn))進(jìn)行觀察,放大倍數(shù)為1500倍。產(chǎn)氣量測(cè)定:采用排水集氣法來(lái)計(jì)量日產(chǎn)氣量,試驗(yàn)啟動(dòng)后,每天的同一時(shí)間記錄排水量及排水量。氣體成分測(cè)定:采用安捷倫6820型氣象色譜儀(北京京科瑞達(dá)科技有限公司生產(chǎn))對(duì)產(chǎn)沼氣試驗(yàn)過(guò)程中的主要?dú)怏w成分進(jìn)行測(cè)定。圖22 預(yù)處理過(guò)程中物料中微生物生長(zhǎng)量的變化圖預(yù)處理過(guò)程中物料中微生物生長(zhǎng)量的變化如圖所示,大致呈現(xiàn)了先升高后降低的趨勢(shì)。在玉米秸稈復(fù)合菌預(yù)處理的過(guò)程中,物料中的OD值在發(fā)酵開(kāi)始的前6d呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì),這是由于反應(yīng)器為微生物提供了適宜的氧氣濃度、溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等,適宜的生長(zhǎng)環(huán)境促使微生物快速生長(zhǎng)繁殖,;隨后出現(xiàn)減小的趨勢(shì),這是由于大量微生物的生長(zhǎng)活動(dòng),產(chǎn)生了大量的生物代謝熱,當(dāng)產(chǎn)熱量大于散熱量時(shí),就會(huì)產(chǎn)生熱量積累,促使反應(yīng)器中物料溫度的升高,當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí),高溫就會(huì)抑制真菌的生長(zhǎng),使真菌進(jìn)入休眠期,只有部分細(xì)菌、放線菌繼續(xù)生長(zhǎng)繁殖,;隨著菌體數(shù)量的降低,生物代謝熱減少,導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)器溫度降低,降至一定溫度時(shí),真菌開(kāi)始復(fù)蘇,然后菌體數(shù)量再次進(jìn)入小幅增長(zhǎng)期。預(yù)處理前后玉米秸稈掃描電鏡圖像如圖所示。預(yù)處理前的玉米秸稈表面平整致密有規(guī)則,邊緣部位有隆起,表面覆有一層光滑的蠟質(zhì)層,這種結(jié)構(gòu)致使微生物難以進(jìn)入木質(zhì)纖維素的內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而影響降解進(jìn)程。堆漚預(yù)處理后的秸稈結(jié)構(gòu)表面粗糙,并且部分結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)大部分的脫落層,說(shuō)明堆漚預(yù)處理能在一定程度上改變木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)表面的出現(xiàn)許多碎屑?xì)堅(jiān)?,并出現(xiàn)少許縫隙和孔洞,說(shuō)明堆漚預(yù)處理過(guò)程中可以破壞秸稈表面致密的蠟質(zhì)層,但其降解過(guò)程較慢。 圖23 堆漚預(yù)處理后玉米秸稈掃描電鏡圖像預(yù)處理前后木質(zhì)纖維素含量變化如圖所示,預(yù)處理前秸稈中半纖維素、纖維素、%、%、%,玉米秸稈經(jīng)堆漚預(yù)處理與復(fù)合菌預(yù)處理后,木質(zhì)纖維素各組分的含量都有一定程度的減少,堆漚預(yù)處理后秸稈中半纖維素、纖維素、%、%、%,堆漚預(yù)處理后秸稈中半纖維素、纖維素、%、%、%。圖24 預(yù)處理前后木質(zhì)纖維素含量變化圖預(yù)處理后玉米秸稈沼氣發(fā)酵過(guò)程中甲烷含量的變化如圖所示。在沼氣發(fā)酵過(guò)程中,呈現(xiàn)出先快速增加后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。預(yù)處理后的玉米秸稈在沼氣發(fā)酵過(guò)程中水平,在前15d甲烷含量一直快速增長(zhǎng)。堆漚預(yù)處理后的玉米秸稈在沼氣發(fā)酵過(guò)程中的甲烷含量最后維持在50%左右,但要高于未處理的玉米秸稈,說(shuō)明玉米秸稈在預(yù)處理后的沼氣發(fā)酵過(guò)程中的甲烷含量更高,堆漚預(yù)處理對(duì)提高玉米秸稈沼氣發(fā)酵過(guò)程中的甲烷含量的效果較好。
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