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摘 要

研究不同质量分数的CaCO₃预处理提高水稻秸秆厌氧发酵产沼气的性能。【方法】采用单因素来分析碱化法预处理，研究不同质量分数的CaCO₃碱化法预处理对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响。【结果】综合来看，当CaCO₃质量分数为6%时，预处理效果最好。【结论】与未经预处理进行对比，可知碱化法预处理对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的促进作用较为明显。

关键词：预处理，CaCO₃，厌氧发酵，水稻秸秆，沼气

Abstract：Study of different mass fraction of calcium carbonate preprocessing to improve the performance of rice straw anaerobic fermentation to produce biogas. [method] Using single factor analysis method of alkaline pretreatment, study different mass fraction of calcium carbonate method of alkaline pretreatment on the effects of rice straw anaerobic fermentation to produce biogas. [result] Taken together, when the mass fraction of 6% calcium carbonate, pretreatment effect is best. [conclusion] Compared with without pretreatment, the known method of alkaline pretreatment on the promoting effect of rice straw anaerobic fermentation to produce biogas is more obvious.

Keywords：Pretreatment, calcium carbonate, anaerobic fermentation, rice straw, biogas

目 录

1 引言 6

2 材料与方法 6

2.1 试验材料 6

2.2 试验装置 6

2.3 试验设计 7

2.4 测定项目与方法 7

3 结果与分析 8

3.1 预处理对水稻秸秆主要成分的影响 8

3.2 对甲烷含量的影响 9

3.3 对氢气含量的影响 10

3.4 对日产气量的影响 11

3.5 对累积产气量的影响 12

3.6 对TS、VS去除率的影响 13

结 论 14

参考文献 15

致 谢 16

1 引言

我国土地辽阔，农业发达，农作物非常丰富，其中水稻总产量是全世界总产量的20%。水稻秸秆是中国第一大农作物秸秆，华南占全国16%、西南占17%、长江中游和下游共51%^[1-4]。然而，极少部分水稻秸秆被用作肥料、饲料、燃料及造纸，其大部分被露天焚烧，造成了大气污染、土壤矿化、火灾和引发交通事故等大量的社会、经济和生态问题^[5-7]。随着石油煤炭资源的枯竭，人们正在努力探究新型能源代替这些不可再生能源，其中用水稻秸秆厌氧发酵消化产生物质能源得到关注^[8]，利用水稻秸秆厌氧发酵消化产沼气是秸秆能源化利用的有效途径。其主要方法有物理、化学、生物以及其他预处理等方法^[9-11]。物理法有切碎、粉碎、研磨等；化学法有酸浸泡、碱浸泡、热处理等；生物法有添加菌剂、霉处理、堆沤等^[12]。

从大量的试验中发现碱化法预处理是具有显著效果的化学方法^[13]。碱化法预处理使水稻秸秆中的木质素组分降低，从而获得更好的产气效果。

2 材料与方法

2.1 试验材料

本试验选取江苏省淮安市淮阴区王营镇附近村庄中自然风干的水稻秸秆作为试验材料，将其用剪刀剪成2～3 cm的小片段，并用粉碎机将其粉碎，取样并测定其理化指标。本试验还选取江苏省淮安市淮阴区王营镇丁集村一户用沼气池中的沼液，在加入一定量水稻秸秆与适量的牛粪，在试验室中厌氧发酵一段时间，此沼液作为接种物。本试验材料的理化性质见表1。

表1 试验材料的理化性质（%）

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

2.2 试验装置

本试验装置为淮阴师范学院生物质能与酶技术重点试验室自行设计的室内厌氧发酵产沼气的试验装置。主要由温控仪（WMZK-01型、10～100 ℃的温控范围）、传感器、地热线（800 W的额定功率）、发酵瓶、恒温水箱、集水瓶、集气瓶等组成（如图1）。不同的器材之间都是通过橡皮塞以及乳胶管链接起来的，在接口处都加了凡士林进行密封以防漏气。恒温水箱都是在水箱的底部均匀的放置了地热线，互不交叉，间隔为10 cm左右，同时有水泵使水进行流动，保证恒温水箱内的温度得以很好的控制。发酵瓶是2 L的普通玻璃瓶，集气瓶是2 L的锥形瓶。发酵瓶的橡皮塞留有取样和气体采样的接口，每天对发酵瓶内的沼液进行pH和发酵瓶厌氧发酵产生的气体组分含量的测量。

图1 厌氧发酵装置组成

2.3 试验设计

整个试验可分成预处理以及厌氧发酵产沼气这两个部分，且进行在同一装置上。预处理阶段就在常温下进行厌氧发酵就可以了，发酵罐用橡皮塞盖好，平口抹上一定的凡士林。厌氧发酵产沼气的温控在35℃左右。发酵瓶放在恒温的水箱中，水箱的温度由温控仪、传感器和加热管进行控制，以保证水箱内温度的不变。

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