預(yù)處理對麥秸生物產(chǎn)沼氣的影響研究.pdf

1、我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)每年產(chǎn)生大量農(nóng)作物秸稈，且種類多、分布廣，這給秸稈資源化利用帶來了困難。將作物秸稈厭氧生物產(chǎn)沼氣是滿足農(nóng)村清潔能源需求的重要舉措，也是農(nóng)村環(huán)境綜合整治工作的重要內(nèi)容，符合循環(huán)農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的要求。小麥?zhǔn)俏覈谌蠹Z食作物，2010年，我國小麥播種面積達2425.7萬公頃，年產(chǎn)麥秸達1.5億噸，按可收集系數(shù)0.7計算，年可收集麥秸1.05億噸。木質(zhì)纖維是麥秸的主要有機組分，其中木質(zhì)素和結(jié)晶態(tài)纖維在厭氧條件下很難被

2、厭氧微生物分解，是影響麥秸厭氧生物產(chǎn)沼氣的主要因素。通過預(yù)處理方式破壞秸稈的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，可提高其厭氧生物降解性，本文在秸稈預(yù)處理方面進行了一些研究，具體如下:
　　(1)以3個不同品種小麥?zhǔn)斋@后的秸稈為原材料，獲得新鮮、風(fēng)干10天、烘干樣，研究不同干燥方式對麥秸營養(yǎng)成分和厭氧生物產(chǎn)氣潛力的影響。結(jié)果顯示，干燥后麥秸中碳含量呈下降趨勢，氮含量呈上升趨勢，不同干燥方式對麥秸營養(yǎng)成分的影響不顯著(P＞0.05);麥秸干燥后其厭氧生物產(chǎn)

3、氣潛力下降，剛收割的麥秸產(chǎn)氣量最高，烘干樣次之，風(fēng)干10天樣最低;盡管麥秸經(jīng)風(fēng)干10天后厭氧生物產(chǎn)氣潛力下降，但產(chǎn)氣中平均甲烷含量增加，增加幅度達5.23％，發(fā)酵后麥秸中纖維素含量與發(fā)酵前相比下將了24.06～47.70％，半纖維素含量下降了19.91～59.07％，不同品種間差異不顯著，木質(zhì)素相對含量上升了38.28～127.22％。
　　(2)秸稈貯存是秸稈沼氣工程長期運行的重要保障，本實驗擬將預(yù)處理技術(shù)耦合于秸稈貯存過程中。

4、研究了打捆麥秸貯存與預(yù)處理一體化的可行性，分析了麥秸預(yù)處理后打捆貯存前后麥秸理化特性、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的變化。結(jié)果表明:將麥秸直接打捆后貯存120d，對麥秸理化特性、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及產(chǎn)氣性能的影響均不明顯，影響最大的是堆體上層麥秸，但產(chǎn)氣量也僅下降了7.40％;將麥秸NaOH處理后打捆貯存對提高麥秸干物質(zhì)(total solid，TS)產(chǎn)氣量有一定促進作用，麥秸TS產(chǎn)氣量較未貯存麥秸和直接打捆貯存后的麥秸(CK)分別提高了7.02

5、％～8.31％和5.68％～16.96％;麥秸經(jīng)尿素處理后打捆貯存，不利于麥秸后續(xù)產(chǎn)沼氣，麥秸TS產(chǎn)氣量較CK下降了2.8～7.71％;麥秸貯存過程中，將麥秸直接暴露于空氣中對麥秸有機物的保存及后續(xù)產(chǎn)沼氣利用均不利，但影響并不顯著，CK和尿素處理堆體上層麥秸TS產(chǎn)氣量分別下降了7.40％和4.25％。
　　(3)堆肥預(yù)處理可破壞麥秸的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，提高其厭氧生物產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量，但堆肥時間太長會造成有機物的大量損失，影響產(chǎn)氣量。本

6、實驗首先將麥秸進行堆肥預(yù)處理，以堆制不同時間的麥秸為原料進行厭氧生物產(chǎn)氣潛力實驗。結(jié)果表明:堆肥啟動6.8h后堆溫即上升至30℃，隨后分別在13.5h、19.5h、23.0h、44.8h達到40℃、50℃、55℃和60℃，最高溫度達70℃，之后緩慢下降;堆肥預(yù)處理后，隨著預(yù)處理時間的延長，麥秸有機質(zhì)含量逐漸下降，氮含量先下降后上升，纖維素和半纖維素含量先升高后降低，木質(zhì)素含量先降低后升高，各處理間差異不顯著(P＞0.05);經(jīng)過厭氧發(fā)酵

7、后，30℃、40℃、50℃、55℃、55℃以上2天、55℃以上5天、55℃以上9天麥秸TS產(chǎn)氣量較CK均下降，下降幅度為4.16％～21.72％，可以看出堆肥時間太短和太長均不利于麥秸產(chǎn)沼氣，堆肥55℃處理對提高麥秸產(chǎn)氣量有一定促進作用，較未堆肥麥秸產(chǎn)氣量提高了7.56％;各處理產(chǎn)氣中甲烷含量相差不大，與未堆肥麥秸相比，除55℃以上9天下降3.2％外，其它處理有0.4～1.52％的上升，但各處理間差異不顯著(P＞0.05)。
　　

8、(4)為研究堆肥預(yù)處理影響麥秸產(chǎn)氣的內(nèi)在機制，以輻照滅菌后的麥秸為原料，以堆肥預(yù)處理堆溫變化的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在實驗室模擬堆肥實驗，以排除微生物對麥秸堆肥過程的影響，模擬堆肥后的麥秸用于厭氧生物產(chǎn)沼氣，研究模擬堆肥溫度對麥秸理化特性及厭氧生物產(chǎn)沼氣的影響。結(jié)果表明:經(jīng)輻照處理后麥秸中三大菌數(shù)量均大幅降低，細菌、放線菌和真菌與輻照前相比分別降低了99.70％、99.22％和99.73％;模擬堆肥實驗中，隨著處理時間的延長，麥秸中有機質(zhì)含量逐漸

9、下降，氮含量在溫度預(yù)處理前后基本上沒有變化，纖維素含量逐漸上升，半纖維素含量逐漸下降，與CK-F相比，纖維素含量上升了9.17％～18.85％，半纖維素含量下降了4.84％～9.06％，木質(zhì)素含量下降了12.84％～23.71％，表明溫度處理對破壞秸稈中木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)有較好的效果，而55℃以上9天與CK-F相比，纖維素上升了7.32％，半纖維素下降了27.51％，木質(zhì)素升高了27.52％，差異顯著(P＜0.05)，說明高溫不利于三素的保存

10、;產(chǎn)氣的結(jié)果表明，50℃和55℃處理均可提高麥秸的產(chǎn)氣量，較對照提高了8.10％～9.12％;CK-F、初始、30℃、40℃、50℃、55℃、55℃以上2天、55℃以上5天、55℃以上9天各處理產(chǎn)氣中平均甲烷含量較對照均有所提高，這說明溫度處理對提高麥秸厭氧生物轉(zhuǎn)化率有有一定效果。將不同溫度處理和堆肥預(yù)處理的結(jié)果相比可以看出，堆肥預(yù)處理后麥秸的TS產(chǎn)氣量均下降，只有55℃上升了1.22％，而不同溫度預(yù)處理后，50℃和55℃處理較對照提高