兩種堿復(fù)合預(yù)處理對玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響研究.pdf

1、玉米秸稈是在我國大面積存在的一種農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，具有分布不集中、堆積密度小、季節(jié)性強、運輸成本高等特點，大量未被合理利用的秸稈被堆棄在田間，甚至直接露天燃燒，造成了環(huán)境污染問題。利用厭氧消化技術(shù)將玉米秸稈轉(zhuǎn)化為清潔的沼氣，可實現(xiàn)其資源化利用，是一種環(huán)境友好的可再生能源轉(zhuǎn)化技術(shù)。根據(jù)玉米秸稈元素分析結(jié)果和理論甲烷潛力計算公式得出玉米秸稈理論產(chǎn)甲烷潛力為431.2 mL·gvs-1。玉米秸稈具有復(fù)雜的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，要提高秸稈的沼氣轉(zhuǎn)化效率，必須

2、對其進行有效的預(yù)處理，打破各種木質(zhì)纖維素成分之間的連接，從而加快其在厭氧發(fā)酵過程中的水解速度。本課題分別以KOH和Ca(OH)2為強堿、弱堿的代表，研究了兩種堿對玉米秸稈結(jié)構(gòu)和厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響。
　　首先，選取KOH和Ca(OH)2兩種堿作為預(yù)處理試劑，在常溫下對玉米秸稈進行不同濃度(0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％ w/v)的堿預(yù)處理，考察其對厭氧消化日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量的影響，并通過掃描電鏡、X

3、-射線衍射、傅里葉中紅外光譜、熱重分析對不同預(yù)處理后玉米秸稈的結(jié)構(gòu)進行分析，對其作用機理進行探討。結(jié)果顯示，常溫下，KOH的預(yù)處理效果明顯優(yōu)于Ca(OH)2預(yù)處理，最佳的KOH預(yù)處理濃度為2.5％，累積甲烷產(chǎn)量為295.0 mL·gvs-1，比未預(yù)處理秸稈提升95.6％。 KOH和Ca(OH)2預(yù)處理能有效去除木質(zhì)素和半纖維素，且堿濃度越高，去除效果越好。
　　在單獨堿液預(yù)處理的基礎(chǔ)上，為了節(jié)約預(yù)處理成本，研究了不同配比的KOH和

4、Ca(OH)2常溫聯(lián)合預(yù)處理對玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響。結(jié)果顯示，KOH和Ca(OH)2常溫聯(lián)合預(yù)處理能有效提升玉米秸稈的產(chǎn)氣性能，在保證厭氧消化效果的前提下可用Ca(OH)2部分替代KOH，減少KOH的用量。從節(jié)約成本的角度考慮，可選用0.5％ KOH與2.0％ Ca(OH)2混合預(yù)處理工藝，其累積甲烷產(chǎn)量與2.0％ KOH單獨預(yù)處理沒有顯著性差異，為271.4 mL·gvs-1，比未預(yù)處理提高了77.0％。
　　此外，本

5、課題還研究了熱堿預(yù)處理對玉米秸稈厭氧消化性能的影響。在55℃下，分別采用不同濃度(0.5％、1.5％、2.0％、2.5％，w/v) KOH、Ca(OH)2以及不同配比的KOH和Ca(OH)2聯(lián)合方式對玉米秸稈進行預(yù)處理，考察預(yù)處理溫度提升后對厭氧產(chǎn)氣效果的影響。結(jié)果顯示，單獨堿的熱預(yù)處理能顯著提升玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能。2.0％ KOH預(yù)處理條件下產(chǎn)氣性能最好，厭氧消化累積甲烷產(chǎn)量達到最大值290.8 mL·gvs-1，比未預(yù)處理秸稈