H3PO4预处理水稻秸秆厌氧发酵产沼气的试验研究

论文总字数：9506字

摘 要

为了探索水稻秸秆厌氧消化产沼气的特性，采用不同质量百分数H₃PO₄溶液对秸秆进行预处理，在中温（35 ± 1）℃、水稻秸秆和牛粪按1:1配比的条件下进行了厌氧消化试验。在实践中，不同质量分数H₃PO₄预处理不同程度地破坏了水稻秸秆的组分，提高了秸秆厌氧消化产沼气潜力，相对缩短了厌氧消化时间。比较总固体与挥发性固体的转化率、厌氧发酵消化时间、产气量等各项因素，可看出以6% H₃PO₄预处理试验组的效果最好。与对照组相比，TS和VS的转化率分别提高了15.5%和14.0%，累积产气量提升了421.66%，厌氧消化时间提前了9d，表明6% H₃PO₄预处理是较优的工艺条件。

关键词：水稻秸秆，H₃PO₄，厌氧发酵，沼气

Abstract：In order to explore the influence of H₃PO₄ pretreatments on characteristics of the biogas production of rice straw, the experiment was performed in different mass fractions of H₃PO₄ solution, which were 2%, 4%, 6%, 8%. After the pretreatment, a batch of experiments of straw were conducted under the condition of（35±1）℃, when the same content of straw and excrement were blended. The results indicated that, the biogas yield and potentiality was improved and components of straw were destroyed in different degree during the pretreatment. 6% H₃PO₄ pretreatment was best according to all parameters .In addition, removal rate of TS and VS increased by 15.5% and 14%, and the cumulative gas production increased by 421.66%.At the same time, the digestive time was shortened by 9d. All the results indicated that 6% H₃PO₄ pretreatment was much better.

Keywords：Rice straw, H₃PO_4, anaerobic fermentation, methane

目 录

1 前言 6

2 材料与方法 6

2.1 试验材料 6

2.2 试验装置与仪器 6

2.2.1 试验装置 6

2.2.2 测试项目与方法 7

2.3 试验方法 7

2.3.1 预处理 7

2.3.2 产气潜力测试 8

3 结果与分析 8

3.1 不同预处理对水稻秸秆主要成分的影响 8

3.2 不同预处理的pH变化情况 9

3.3 不同预处理对水稻秸秆厌氧消化特性的影响 9

3.3.1 不同预处理对日产气量的影响 9

3.3.2 不同预处理对累积产气量的影响 10

3.3.3 不同预处理对TS、VS去除率的影响 11

3.3.4 不同预处理对厌氧消化时间的影响 11

结 论 13

参考文献 14

致 谢 16

1 前言

中国农作物资源丰富，居世界首位，主要的秸秆类作物有近20种，每年秸秆总产量大概有7亿t^[1-3]，其中有一半被大量丢弃或焚烧，这样不仅浪费了资源而且对环境造成了严重的污染^[4]，秸秆经厌氧消化技术转化为生物气既能缓解环境污染问题，同时获得了大量的可再生资源，较好地实现秸秆的能源化和资源化^[5-6]。研究结果发现^[7-8]，秸秆的碳氮比较高，产气效率较低，通过调节碳氮比，秸秆的产气速率可被有效提高。粪便与秸秆混合发酵一方面能调节秸秆碳氮比，另一方面又能缓解农村沼气池原料短缺的难题。由于秸秆主要由纤维素、半纤维素等高分子物质构成，而这些物质不仅难以降解且相互交联，以致厌氧微生物无法有效地对其进行分解。于是一定的预处理措施是有必要的，以期提高秸秆的降解效率，当前经常使用的预处理方式有物理法^[9]、化学法^[10]、生物法^[11]和其他方法等^[12]。

本文采用水稻秸秆和牛粪为发酵原料，秸秆与牛粪1:1配比，在中温（35±1）℃条件下探索了在不同质量百分数H₃PO₄溶液预处理条件下，水稻秸秆主要组成部分的含量转变，以及产气潜力测试期厌氧消化产沼气的特性；对比了在不同质量分数H₃PO₄预处理条件下，水稻秸秆的成分利用率与产沼气能力的不同，探讨有效提高秸秆产气效果的预处理方法，以期为水稻秸秆厌氧消化产沼气技能和设置开发提供有关技术参考。

2 材料与方法

2.1 试验材料

本文选取水稻秸秆作为试验材料，取自淮安市淮阴区，将其截断至1～2 cm，粉碎机粉碎。本试验的接种物是取淮安市淮阴区王营镇丁集村户用沼气池中的沼液，加入水稻秸秆与牛粪，在试验室中厌氧发酵一段时间所形成的沼液。选用H₃PO₄作为预处理剂，添加到水稻秸秆中。水稻秸秆与牛粪一比一配比，干物质各取60 g，加沼液定容到2 L装罐。实验材料的理化性质见表1。

表1 实验材料的理化性质（%）

	TS	VS	灰分	纤维素	半纤维素	木质素
水稻秸秆	92.9	81.4	10.1	38.3	21.3	12.5
牛粪	87.4	56.8	-	-	-	-
接种沼液	7.29	4.12	-	-	-	-

2.2 试验装置与仪器

2.2.1 试验装置

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