高温下CaO和NaHSO3预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响

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摘 要

为研究高温下CaO和NaHSO₃预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响，本文采用了6% CaO和不同质量分数的NaHSO₃联合试剂对水稻秸秆进行预处理，并在（55±1）℃条件下进行厌氧消化实验。综合pH值、日产气量、累积产气量和CH₄含量的数据来看，6% CaO 3% NaHSO₃试验组是处理水稻秸秆预处理的较佳选择，与对照组相比，pH值更加稳定且稳定在厌氧发酵的最适范围；累积产气量提高了217.5%；CH₄含量提高了18.6%，综合效果优于其他试验组，有效地破坏了水稻秸秆的结构，提高了水稻秸秆的产气能力。因此，6% CaO 3% NaHSO₃预处理是较优的工艺条件。

关键词：高温，水稻秸秆，厌氧发酵，预处理，CaO，NaHSO₃

Abstract：in order to study the effect of CaO and NaHSO₃ pretreatment on anaerobic fermentation gas production of rice straw at high temperature, a combination reagent of 6% CaO and NaHSO₃ with different mass fraction was used to pretreated rice straw. The anaerobic digestion experiment was carried out at (55±1) ℃. According to the data of pH value, daily gas production, cumulative gas production and CH₄ content, the 6% CaO and 3% NaHSO₃ test group was the best choice for pretreatment of rice straw. Compared with the control group, the pH value was more stable and stable in the optimum range of anaerobic fermentation. The cumulative gas production increased by 217.5%; The content of CH₄ increased 18.6%, and the comprehensive effect was better than that of other experimental groups, which effectively destroyed the structure of rice straw and improved the gas production ability of rice straw. Therefore, pretreatment with 6% CaO and 3% NaHSO₃ is the best process condition.

Keywords: High temperature, rice straw, anaerobic fermentation, pretreatment,CaO, NaHSO₃

目 录

1 前言 4

2 实验料与方法 4

2.1 实验材料 4

2.2 实验装置 4

2.3 实验步骤 5

2.4 测定项目与方法 5

3 结果与讨论 6

3.1 预处理的pH值变化情况 6

3.2 预处理对日产气量的影响 7

3.3 预处理对累积产气量的影响 8

3.4 预处理对CH₄含量的影响 8

结 论 10

参考文献 11

致 谢 13

1 前言

中国是一个拥有9亿多农村人口的农业大国,每年农作物秸秆产量达到7亿多吨，秸秆资源拥有量位居世界首位，相当于3.6亿吨标准煤所含能量^[1]。但是随着农村能源结构的改变，使得每年有大量秸秆被焚烧和随意丢弃，不能很好的被收集利用，不仅使秸秆资源被极大浪费，与此同时还污染了我们的生态环境^[2]。

现阶段秸秆处理方法以厌氧发酵产沼气工艺优点突出，效果最佳。但是我国秸秆沼气技术的研究目前还在起步阶段，不同工艺不仅在技术、经济及管理方面存在很多的问题，而且运行过程中效果不佳，需要经过实践的检验^[3]。重要的是，微生物难以打破秸秆中存在大量的纤维素、半纤维素和木质素构成的复杂的结构去降解，因此，能够破坏水稻秸秆结构的预处理工艺是重中之重。目前有许多有效的秸秆预处理方法，如物理法^[4]、化学法^[5-6]、生物法^[7-8]及其他预处理方法，选择一个好的秸秆预处理方式很关键，它不单能克服这些困难,秸秆厌氧发酵的消化率和产气率也会因为进行预处理后明显提高。其中碱法具有残余碱可调节消化池的pH等众多优势^[9]。

本文在现代测试技术的帮助下，对在高温（55±1）℃下不同浓度的NaHSO₃及CaO对水稻秸秆的预处理作用下进行了有效研究，探讨了水稻秸秆pH值、日产气量、累积产气量、甲烷含量的变化情况，对此提出有效提高秸秆产气效果的预处理方法。

2 实验料与方法

2.1 实验材料

本文实验材料选取自然条件下风干的稻草秸秆，粉碎烘干后测定秸秆的理化性质。本试验的接种物是需要再加工的，具体做法为用淮安市淮阴区王营镇丁集村户用沼气池中的沼液，加入稻草秸秆与牛粪厌氧发酵一段时间产生的沼液。实验材料的理化性质见表1。

表1 实验材料的理化指标（%）

2.2 实验装置

本试验选取排水法收集不同预处理条件下所产沼气，实验装置图如图1，沼气发酵设备是淮师生物质能与酶技术重点实验室自行设计的，水箱的底部使用电热丝发热，使水箱内传热均匀。发酵瓶放入恒温水箱，并将采集气体的瓶子和集水玻璃瓶连接起来。发酵玻璃瓶为2000 mL的玻璃瓶，采集气体的瓶子为1000 mL的锥形瓶。发酵玻璃瓶上设有两个出口，有发酵料液取样作用和气体采集作用，固定时间取样，测量料液pH值和释放出的气体的组分。

图1 厌氧发酵装置组成

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