甘蔗叶NaOH改性及其与动物粪便近同步协同厌氧消化性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kage
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
我国是热带农业大国,每年产生大量热带农业废弃物,其中甘蔗叶年产生量高达3600万吨,但利用率不到20%,大量甘蔗叶被废弃甚至焚烧,造成环境污染,威胁人类健康。我国南方地区也是传统生猪和草食牲畜养殖优势区,大量动物粪便没有得到合理处置利用,成为农村环境治理的一大难题。厌氧消化技术是处理种养废弃物的有效途径之一。本论文通过NaOH改性甘蔗叶与动物粪便单独及混合厌氧消化产甲烷性能、关键影响因素、物质转化规律、一体化两相厌氧消化工艺以及微生物学特性等方面的研究,从微观物理结构、化学组分和化学结构等多视角揭示NaOH改性处理作用的内在机理,提出近同步协同厌氧消化新方法,并对研究结果实现工程应用。主要工作如下:1.NaOH改性对甘蔗叶产甲烷性能的影响研究。设置4种不同粉碎粒径,12种不同NaOH改性条件,分别开展厌氧消化实验。结果表明,甘蔗叶厌氧消化的一级动力学水解常数k为0.015~0.038 d-1,粒径2~10 mm甘蔗叶的产甲烷效果最好;NaOH改性甘蔗叶的甲烷产率比未处理提高了 22.02%~89.45%,厌氧消化时间T80缩短了 2~3d,其中6%NaOH-5d改性效果最佳,甲烷产率达154.08 mL·TS-1。2.NaOH改性的物理化学作用机理研究。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等现代分析手段,探讨了改性甘蔗叶产甲烷性能提高的内在机理。结果显示,NaOH改性破坏了甘蔗叶的物理化学结构,可被微生物分解利用的有机物增多,改性甘蔗叶的表面蜡质层和细胞壁结构遭到破坏,比表面积增大,表面元素含量发生变化;木质素部分官能团发生断裂,纤维素的连接键-β-(1-→4)-糖苷键和部分氢键遭到破坏,结晶度降低,半纤维素发生了分子间和分子内的降解,厌氧微生物对纤维素的可及度增大;改性甘蔗叶的主要化学组分含量发生显著变化,纤维素、半纤维素和木质素含量降低、抽出物含量增加,最大的纤维素、半纤维素、木质的厌氧消化降解率分别提高了 25.14%、21.52%和9.27%。3.NaOH改性甘蔗叶与动物粪便“近同步+协同”厌氧消化性能研究。通过NaOH改性实现两种不同性质物料的“近同步”厌氧消化,通过常量和微量元素的优化实现“协同”,产生优势互补,提高甲烷产率。分析了甘蔗叶与猪粪、牛粪单独及混合厌氧消化性能,运用Box-Behnken设计考察了温度、混配比和接种量对物料混合产甲烷的影响。结果表明,甘蔗叶与猪粪、牛粪的厌氧消化性能存在“异步性”,NaOH改性可显著提高甘蔗叶的可生物降解性,使其与猪粪、牛粪在消化效率上近同步化;两类物料混合后常量元素C、N、P、S和微量元素Fe、Co、Ni更加平衡,产生了“协同”效应,底物转化速率和效率提高,系统稳定性更好,甲烷产率比单一物料最大增加了 22.82%;温度和接种量对产甲烷性能有显著影响,混配比的影响不显著,最优工艺条件为温度36℃、混配比1:1.2:0.8、接种量38%,此时甲烷产率为169.75 mL·gTS-1。4.一体化两相(CTP)连续厌氧消化性能与微生物学特性研究。以优化的工艺条件在开发的CTP反应器中开展梯度负荷下的连续试验;应用Miseq高通量测序技术对微生物群落结构进行了分析。结果表明,当进料负荷不大于4.5 gTS·L-1·d-1时,CTP反应器能够持续稳定运行,日产沼气量随有机负荷的提高而提高,甲烷含量为57.8%~62.23%,容积产气率最高达1.36 m3·(m3·d)-1;当负荷提高至5 gTS·L-1·d-1后,系统发生酸化和氨氮抑制;反应器内物料基本实现了分相厌氧消化,上、中、下部分别为新料区、水解酸化区和产甲烷区,不同区域内形成了功能相对独立的微生物种群,产甲烷区中有甲烷微菌、甲烷八叠球菌和甲烷鬃菌等产甲烷菌大量富集,水解酸化区则富含拟杆菌、梭菌等可以降解纤维素类物质的细菌。5.工程应用研究。基于课题试验研究确定的改性处理方法和工艺条件,在广西某沼气工程实现应用,进行工艺方案设计、物料平衡计算与技术经济分析。结果表明,甘蔗叶NaOH改性技术及其与动物粪便近同步协同厌氧消化方法可以满足实际工程的生产需求,具有良好的推广前景。
其他文献
松材线虫病又称松树萎蔫病,是一种毁灭性病害,被列为国际性检疫对象。它是松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)通过松墨天牛(Monochamus alternatus)寄生在松树体内取食营
我国古代社会推崇儒家文化,十分重视教化思想,孔子、孟子、荀子等儒家思想家推行教化思想,并将其视为培养个人德行修养、维护社会安定以及谋求国家发展的重要措施。然而,儒家思想
伴随着19世纪末至20世纪中叶华北乡村社会的激烈变革,乡村中的集体村账制度也经历了从无到有并最终确立的过程。在这一过程中,在华北抗日根据地农村展开的互助合作生产运动产生
急性肺栓塞(pulmonaryembolism,PE)是指内源性或外源性栓子栓塞肺动脉系统血管,引起肺循环功能障碍的临床病理综合征,主要由下肢深静脉和盆腔静脉血栓脱落进入肺循环引起,起病凶险,
目的:探讨腔面A型乳腺癌的临床病理特征及钼靶X线表现,为内分泌治疗提供参考。方法:回顾性分析我院197例腔面A型乳腺癌患者的临床及影像资料。结果:腔面A型乳腺癌占同期乳腺癌的
那些曾经护佑家家户户平安的门神渐行渐远,可是,他们所代表的传统文化精髓却不能丢失。为此,冯锦强每天都在努力。
什里店因太行山文书而再一次成为学术名村,什里店之所以能够保存有丰富的文书文献,得益于什里店本身的历史地理社会变迁的影响。什里店地区自古以来就是龙山文化发源地之一,
植物蒸腾依赖于环境条件(微气象因子和土壤水分供给),土壤水分被认为是水分亏缺条件下影响植物蒸腾和光合作用的主要环境因子。Buckley、Turnbull和Adams(2013)提出一个简化
基于面板数据(Panel Data),本文用TSCSREG(time serles cros Ssection regression时间序列截面回归)模型对纯时间序列和纯横截面数据所不能发现的影响因素即哑变量(无法观测和度量
<正> 利用计算机进行医院管理是医学计算机在应用中一个卓有成效的方面。随着计算机应用的不断普及,国内已开发了一些医院药品管理系统,做出了一定的成绩。从软件功能及应用