發(fā)布時間：2017-12-21 09:30

  本文關(guān)鍵詞：玉米秸稈厭氧發(fā)酵瘤胃仿生工藝研究　出處：《清華大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：厭氧發(fā)酵是目前利用能源作物與秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生可再生能源的一種較好的技術(shù),針對高含固率物料的厭氧反應(yīng)器目前發(fā)展相對落后。為了進一步提高秸稈厭氧發(fā)酵效率,需要開發(fā)出適用于高含固率物料的高負荷厭氧工藝,基于反芻動物瘤胃消化系統(tǒng),模擬瘤胃建立體外瘤胃仿生工藝是目前國內(nèi)外研究領(lǐng)域非常具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)途徑之一。本文首先對瘤胃仿生系統(tǒng)高效的原因進行系統(tǒng)分析,提出其高效轉(zhuǎn)化的技術(shù)假設(shè)并進行系統(tǒng)性的實驗驗證,從而提出瘤胃仿生研究的技術(shù)思路。其次,分別研究pH與溫度等環(huán)境條件對玉米秸稈厭氧發(fā)酵的影響,然后模擬瘤胃酸抑制解除機制初步建立體外瘤胃仿生工藝,在此基礎(chǔ)上嘗試三種不同方式模擬瘤胃反芻過程。獲得的主要研究結(jié)果如下:瘤胃液可在較短的時間(3天內(nèi))完成對玉米秸稈水解酸化轉(zhuǎn)化過程,表現(xiàn)出較高的活性。在相同的條件下,接種瘤胃液、瘤胃食糜與厭氧污泥三種不同接種物,在半連續(xù)反應(yīng)器中進行長期培養(yǎng),結(jié)果發(fā)現(xiàn),水解率、反應(yīng)器內(nèi)VFA濃度、產(chǎn)氣情況以及微生物群落在初期差異較大,但是在反應(yīng)器運行穩(wěn)定后均趨于一致。這說明環(huán)境條件決定微生物群落結(jié)構(gòu),微生物群落結(jié)構(gòu)決定發(fā)酵效果。在批式條件下研究接種比對發(fā)酵的影響,然后分別在批式條件與半連續(xù)條件下研究pH對發(fā)酵的影響,在此基礎(chǔ)上模擬瘤胃內(nèi)動態(tài)pH條件,并與恒定pH條件進行對比,結(jié)果表明,類似于瘤胃內(nèi)的動態(tài)pH條件可以強化酸化過程。在批式條件下玉米秸稈在中溫39℃時表現(xiàn)出來的甲烷產(chǎn)率比高溫55℃高68.4%,同時在中溫39℃時也表現(xiàn)出更高的水解酸化活性。在長期運行的玉米秸稈厭氧反應(yīng)器中,在有機負荷為2.5、4.5與8.0gvs L-1 d-1時,中溫39℃條件下的甲烷產(chǎn)率分別是高溫55℃條件下的1.69、1.51與0.95倍。模擬瘤胃酸抑制解除機制初步建立一套體外瘤胃仿生工藝,通過模擬產(chǎn)物VFA及時分離、中性液體回流過程,系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性得到了提高,在2.5、4.5與8.0gvs L-1 d-1的有機負荷條件下,甲烷產(chǎn)率分別提高了9.2%、37.2%與115.4%,甲烷含量分別提高了3.3%、6.1%與7.9%。采用回液流曝氣、預(yù)曝氣與兩段厭氧發(fā)酵中間曝氣三種方式模擬瘤胃反芻過程,回流液曝氣對玉米秸稈厭氧發(fā)酵無明顯影響,預(yù)曝氣與兩段厭氧發(fā)酵中間曝氣的方式可以強化玉米秸稈厭氧發(fā)酵,最高可提高甲烷產(chǎn)率82.2%與34.0%。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S216;X712

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本文編號：1315568