發(fā)布時(shí)間：2020-11-18 06:16

　　 中國2017年小麥秸稈產(chǎn)量達(dá)到15717.078萬噸,占當(dāng)年秸稈資源量的23%。由于小麥秸稈木質(zhì)纖維素緊密排列的網(wǎng)格狀骨架結(jié)構(gòu)、纖維素的高度結(jié)晶結(jié)構(gòu)、表面的蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)等原因,導(dǎo)致秸稈在厭氧消化中微生物分解能力差、轉(zhuǎn)化效率低、發(fā)酵周期長、產(chǎn)氣率低下,甚至造成厭氧消化過程的停滯。為此,本文通過水熱預(yù)處理技術(shù),探索不同水熱條件對小麥秸稈的物料特性和厭氧消化產(chǎn)氣特性的影響,研究改性生物炭介導(dǎo)的富碳小麥秸稈厭氧消化提質(zhì)增效特性和優(yōu)化工藝。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)小麥秸稈水熱預(yù)處理產(chǎn)物特性試驗(yàn)研究。通過水熱預(yù)處理,小麥秸稈表面出現(xiàn)裂痕、孔洞,其致密骨架結(jié)構(gòu)受到破壞,生物質(zhì)表面的孔隙度增加;隨著水熱預(yù)處理溫度在150℃~225℃之間的不斷升高,以及保溫時(shí)間在5 min~60 min之間的延長,小麥秸稈半纖維的降解率達(dá)到27.69%~99.07%,纖維素的降解率最大達(dá)到80.24%;有機(jī)酸的種類隨著溫度的升高以及預(yù)處理時(shí)間的延長,呈現(xiàn)出增多的趨勢,酸性物質(zhì)以乙酸為主,最高得率達(dá)到1250.71 mg/L;預(yù)處理液中還原糖含量與預(yù)處理時(shí)間和溫度分別呈正相關(guān)關(guān)系,當(dāng)溫度大于175℃時(shí),較長預(yù)處理時(shí)間下,液相中的還原糖含量處于較低水平,同時(shí)還原糖含量與木質(zhì)纖維素的降解率也不是單純的正相關(guān)關(guān)系,說明在水熱處理過程中,木質(zhì)纖維素除分解為低聚糖之外,還有其他化合物生成。在175℃保溫30 min水熱預(yù)處理?xiàng)l件下,苯酚等抑制物出現(xiàn)。隨著預(yù)處理?xiàng)l件的劇烈程度增加,抑制物種類增多和含量上升;200℃條件下開始檢測到5-羥甲基糠醛,最高含量達(dá)到35.6%。(2)水熱預(yù)處理小麥秸稈產(chǎn)甲烷特性試驗(yàn)研究。小麥秸稈通過水熱預(yù)處理,縮短了厭氧消化周期,提高了產(chǎn)氣率。在水熱溫度175℃、處理時(shí)間30 min的優(yōu)化條件下,最高單位基質(zhì)甲烷產(chǎn)率(202.81 mLCH_4/gVS)比對照組(124.51 mLCH_4/gVS)提高了62.9%;通過對預(yù)處理后小麥秸稈進(jìn)行生物降解率計(jì)算,發(fā)現(xiàn):30 min條件下的處理均有較好的生物可降解性;通過對各處理組進(jìn)行甲烷產(chǎn)量的動(dòng)力學(xué)分析,證實(shí)了水解過程是小麥秸稈厭氧消化過程的限速階段,且水熱預(yù)處理打破了水解階段對小麥秸稈厭氧消化的限制;通過Modified Gompertz模型分析,證實(shí)225℃預(yù)處理?xiàng)l件下,小麥秸稈厭氧消化產(chǎn)甲烷受到嚴(yán)重抑制,不適合作為小麥秸稈水熱預(yù)處理?xiàng)l件。(3)改性生物炭介導(dǎo)水熱預(yù)處理小麥秸稈厭氧消化工藝優(yōu)化。通過水熱預(yù)處理溫度(A)、水熱預(yù)處理時(shí)間(B)、NaOH生物炭改性劑濃度(C)三個(gè)因素五水平二次旋轉(zhuǎn)中心組合試驗(yàn),得到甲烷產(chǎn)量回歸模型:Y=832.47-43.21 A+5.00 B+9.14 C-65.84AB+32.76 AC-35.46 BC-187.23 A~2-80.74 B~2-91.36 C~2。通過對模型顯著性檢驗(yàn),其相關(guān)系數(shù)R~2=0.9831,p0.0001,表明模型擬合效果較好,能夠用于描述小麥秸稈水熱預(yù)處理后甲烷產(chǎn)量隨水熱預(yù)處理溫度、水熱預(yù)處理時(shí)間、生物炭改性劑濃度三因素的變化規(guī)律。通過模型參數(shù)尋優(yōu),得到改性生物炭介導(dǎo)的水熱預(yù)處理小麥秸稈的厭氧消化最佳工藝參數(shù)為:預(yù)處理溫度為173℃,保溫31.0 min,添加2.01 mol/L氫氧化鈉濃度改性過的生物炭,可獲得最大累積甲烷產(chǎn)量278.5 mL/gVS。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S216.4
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 導(dǎo)論
    1.1 選題背景
    1.2 秸稈類原料厭氧消化預(yù)處理研究現(xiàn)狀
        1.2.1 物理預(yù)處理技術(shù)
        1.2.2 化學(xué)預(yù)處理技術(shù)
        1.2.3 生物預(yù)處理技術(shù)
        1.2.4 聯(lián)合預(yù)處理技術(shù)
        1.2.5 水熱預(yù)處理技術(shù)
    1.3 生物炭介導(dǎo)厭氧消化研究現(xiàn)狀
    1.4 選題目的與意義
        1.4.1 選題目的
        1.4.2 選題意義
    1.5 研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.5.1 研究內(nèi)容
        1.5.2 技術(shù)路線
第二章 小麥秸稈水熱預(yù)處理產(chǎn)物特性試驗(yàn)研究
    2.1 材料與方法
        2.1.1 試驗(yàn)裝置
        2.1.2 試驗(yàn)材料與預(yù)處理方法
        2.1.3 試驗(yàn)指標(biāo)檢測方法
        2.1.4 試驗(yàn)所需試劑
    2.2 結(jié)果與分析
        2.2.1 不同水熱預(yù)處理?xiàng)l件小麥秸稈結(jié)構(gòu)組成的變化
        2.2.2 不同水熱預(yù)處理?xiàng)l件下液相產(chǎn)物中有機(jī)組分變化
    2.3 小結(jié)
第三章 水熱預(yù)處理小麥秸稈產(chǎn)甲烷特性試驗(yàn)研究
    3.1 材料與方法
        3.1.1 材料和微生物菌種
        3.1.2 水熱預(yù)處理小麥秸稈厭氧消化產(chǎn)甲烷特性試驗(yàn)
        3.1.3 厭氧消化底物理論產(chǎn)甲烷量及生物降解性
        3.1.4 厭氧消化產(chǎn)甲烷動(dòng)力學(xué)分析
        3.1.5 檢測分析方法
    3.2 結(jié)果與分析
        3.2.1 水熱預(yù)處理小麥秸稈產(chǎn)氣特性
        3.2.2 厭氧消化過程中料液CODs與 pH變化特征
        3.2.3 水熱預(yù)處理小麥秸稈厭氧消化產(chǎn)甲烷潛力評價(jià)
        3.2.4 水熱預(yù)處理小麥秸稈厭氧消化產(chǎn)甲烷動(dòng)力學(xué)分析
    3.3 小結(jié)
第四章 改性生物炭介導(dǎo)水熱處理麥秸厭氧消化工藝優(yōu)化
    4.1 材料與方法
        4.1.1 材料與微生物菌種
        4.1.2 改性生物炭的制備與選擇
        4.1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        4.1.4 試驗(yàn)實(shí)施與檢測分析方法
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 回歸分析及顯著性檢驗(yàn)
        4.2.2 單因素效應(yīng)分析
        4.2.3 各因素的交互作用對小麥秸稈厭氧消化的響應(yīng)面分析
        4.2.4 模型的驗(yàn)證
    4.3 小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡介

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 時(shí)培盈;;北方草菇小麥秸稈栽培技術(shù)[J];山東蔬菜;2005年02期

2 王文芳;王倫;魯智文;;關(guān)于小麥秸稈綜合利用技術(shù)研究[J];農(nóng)家參謀;2019年06期

3 潘玉雷;張剛;王書軍;王梅娟;;淺析館陶縣小麥秸稈利用現(xiàn)狀[J];河北農(nóng)業(yè);2017年09期

4 宋計(jì)勇;劉福勝;王宏斌;武藝鑫;趙井輝;;小麥秸稈壓縮塊一維等溫吸濕性能研究[J];新型建筑材料;2015年03期

5 張艷靈;;小麥秸稈合理加工喂牛羊[J];農(nóng)村養(yǎng)殖技術(shù);2010年14期

6 王文國;;衡水市小麥秸稈的綜合利用[J];農(nóng)技服務(wù);2010年10期

7 李文平;李彥斌;;衡水市小麥秸稈綜合利用探討[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械;2010年26期

8 班贏紅;小麥秸稈覆蓋還田技術(shù)試驗(yàn)研究初報(bào)[J];農(nóng)業(yè)科技與信息;2005年09期

9 馮曉;淺談小麥秸稈切拋機(jī)的效應(yīng)[J];河北農(nóng)機(jī);2004年02期

10 肖旭,胡德平,王鳳文;不同方式小麥秸稈覆蓋還田對土壤理化性狀影響[J];耕作與栽培;2000年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 牛東澤;白腐菌發(fā)酵對小麥秸稈營養(yǎng)價(jià)值及微生物多樣性的影響[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

2 謝麗華;小麥秸稈基新型緩控釋肥料的制備及其性能研究[D];蘭州大學(xué);2013年

3 時(shí)連輝;幾種農(nóng)業(yè)廢棄物堆腐基質(zhì)理化特性及在園林覆蓋和栽培上的應(yīng)用[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

4 李金寶;基于纖維素聚集態(tài)結(jié)構(gòu)差異的麥草高值化利用技術(shù)及機(jī)理研究[D];陜西科技大學(xué);2012年

5 高娜娜;一年兩熟地區(qū)撥草與分草組合式玉米免耕播種防堵技術(shù)研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

6 欒亞寧;農(nóng)林有機(jī)廢棄物堆腐生產(chǎn)花卉栽培基質(zhì)研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2011年

7 袁麗;球磨結(jié)合稀酸、真菌和超聲處理法降解木質(zhì)纖維素的研究[D];湖南大學(xué);2013年

8 杰夫（MUHAMMAD JAFFAR）（穆罕默德·賈法爾）;KOH預(yù)處理強(qiáng)化小麥秸稈厭氧消化的生物甲烷生產(chǎn)和肥料價(jià)值[D];北京化工大學(xué);2015年

9 劉曉英;小麥秸稈的預(yù)處理及高效能源轉(zhuǎn)化利用研究[D];北京化工大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 尚高原;水熱預(yù)處理與改性生物炭介導(dǎo)的小麥秸稈厭氧消化產(chǎn)氣特性[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2019年

2 唐明曉;小麥秸稈酯化改性吸油材料的制備及吸油性能研究[D];華南理工大學(xué);2018年

3 周鑫;改性小麥秸稈制作復(fù)合材料及其降解與毒理特性研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

4 張如玉;基于生物質(zhì)制備炭鐵復(fù)合材料及其去除Cd~(2+)/Pb~(2+)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

5 李換平;設(shè)施內(nèi)土表覆蓋截段小麥秸稈的腐解效應(yīng)及水生蔬菜產(chǎn)量品質(zhì)的影響[D];揚(yáng)州大學(xué);2018年

6 何振超;小麥秸稈碳在低肥力土壤中的轉(zhuǎn)化及其對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2018年

7 王敏香;改性小麥秸稈對水中重金屬離子的去除及應(yīng)用研究[D];山東建筑大學(xué);2018年

8 郝韶華;H_2O_2/HCl預(yù)處理對小麥秸稈木質(zhì)素去除及酶解性能研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2016年

9 李冬冬;添加劑對生物質(zhì)灰結(jié)渣特性影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

10 浦炎磊;麥秸稈的反應(yīng)性熔融擠出改性及其復(fù)合材料的性能研究[D];云南大學(xué);2017年

本文編號：2888408