發(fā)布時間：2019-09-25 13:29

【摘要】：我國每年生產的秸稈總量約為7.4×108噸,大部分被燃燒或者浪費。以秸稈為原料生產甲烷是常用且有效的生物質處理方式,有利于經濟、環(huán)境、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。秸稈生物質由于復雜的木質纖維素結構,使得水解酸化成為厭氧消化過程中主要的限速步驟,從而影響到后續(xù)的產甲烷過程。本文通過纖維素酶和牛血清蛋白的添加,來提高水解反應,增加厭氧消化過程的氣體產量。本研究以玉米秸稈為原料,考察了將纖維素酶和牛血清蛋白直接加入?yún)捬醴磻到y(tǒng)對厭氧消化的影響,及纖維素酶和牛血清蛋白預處理對玉米秸稈水解和厭氧消化的影響。通過考察厭氧消化過程中物質的變化和產氣情況、以及預處理后水解與產氣的關系,研究了纖維素酶和牛血清蛋白的作用機理和作用效果。主要研究結果如下：將纖維素酶在厭氧反應的前期(1 d)、中期(10 d)和后期(20 d)分別加入?yún)捬醴磻到y(tǒng),累積產氣量較不添加纖維素酶的對照組分別提高了18.66%、10.39%和1.93%。實驗結果表明,在不同時間添加纖維素酶均可促進厭氧反應的進行,但前期添加更為明顯。在厭氧消化過程中添加纖維素酶可以有效提高厭氧消化的水解過程,對后續(xù)的產酸產甲烷過程有一定的促進作用。反應前期向厭氧消化系統(tǒng)中添加牛血清蛋白和纖維素酶,發(fā)現(xiàn)牛血清蛋白聯(lián)合纖維素酶添加的厭氧反應系統(tǒng)與僅添加纖維素酶的反應系統(tǒng)相比,累積產氣量提高8%左右,但對水解酸化的影響更為顯著。用纖維素酶對玉米秸稈進行酶預處理,以酶用量、預處理時間和底物濃度為考察指標,得出最佳的酶預處理條件為酶用量30 FPU/g,預處理時間為24 h,底物濃度為60 g/L。在此預處理條件下,累積產氣量達到249.01 ml/g VS,最大產氣速率達到23.77ml/g VS·d。與不進行酶預處理的對照組相比,產氣高峰提前了3 d,累積產氣量提高了36.9%。通過牛血清蛋白輔助纖維素酶預處理玉米秸稈實驗,發(fā)現(xiàn)牛血清蛋白可以明顯促進纖維素酶的水解產糖量,當牛血清蛋白投加量為0.08g/g時,還原糖量提高了31.3%,達到228.7 mg/g。隨后添加接種污泥進行發(fā)酵實驗,發(fā)現(xiàn)與僅用酶預處理的秸稈相比,牛血清蛋白輔助纖維素酶預處理后對累積產氣量的變化幾乎沒有影響。說明牛血清蛋白在厭氧消化過程中僅僅影響了水解階段酶的活性,對后續(xù)的產酸產甲烷中酶活沒有影響。
【學位授予單位】：北京林業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X712

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本文編號：2541474