預處理對麥秸生物產沼氣的影響研究.pdf

1、我國是農業(yè)大國，農業(yè)生產每年產生大量農作物秸稈，且種類多、分布廣，這給秸稈資源化利用帶來了困難。將作物秸稈厭氧生物產沼氣是滿足農村清潔能源需求的重要舉措，也是農村環(huán)境綜合整治工作的重要內容，符合循環(huán)農業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的要求。小麥是我國第三大糧食作物，2010年，我國小麥播種面積達2425.7萬公頃，年產麥秸達1.5億噸，按可收集系數0.7計算，年可收集麥秸1.05億噸。木質纖維是麥秸的主要有機組分，其中木質素和結晶態(tài)纖維在厭氧條件下很難被

2、厭氧微生物分解，是影響麥秸厭氧生物產沼氣的主要因素。通過預處理方式破壞秸稈的木質纖維結構，可提高其厭氧生物降解性，本文在秸稈預處理方面進行了一些研究，具體如下:
　　(1)以3個不同品種小麥收獲后的秸稈為原材料，獲得新鮮、風干10天、烘干樣，研究不同干燥方式對麥秸營養(yǎng)成分和厭氧生物產氣潛力的影響。結果顯示，干燥后麥秸中碳含量呈下降趨勢，氮含量呈上升趨勢，不同干燥方式對麥秸營養(yǎng)成分的影響不顯著(P＞0.05);麥秸干燥后其厭氧生物產

3、氣潛力下降，剛收割的麥秸產氣量最高，烘干樣次之，風干10天樣最低;盡管麥秸經風干10天后厭氧生物產氣潛力下降，但產氣中平均甲烷含量增加，增加幅度達5.23％，發(fā)酵后麥秸中纖維素含量與發(fā)酵前相比下將了24.06～47.70％，半纖維素含量下降了19.91～59.07％，不同品種間差異不顯著，木質素相對含量上升了38.28～127.22％。
　　(2)秸稈貯存是秸稈沼氣工程長期運行的重要保障，本實驗擬將預處理技術耦合于秸稈貯存過程中。

4、研究了打捆麥秸貯存與預處理一體化的可行性，分析了麥秸預處理后打捆貯存前后麥秸理化特性、物質結構以及厭氧發(fā)酵產氣特性的變化。結果表明:將麥秸直接打捆后貯存120d，對麥秸理化特性、物質結構及產氣性能的影響均不明顯，影響最大的是堆體上層麥秸，但產氣量也僅下降了7.40％;將麥秸NaOH處理后打捆貯存對提高麥秸干物質(total solid，TS)產氣量有一定促進作用，麥秸TS產氣量較未貯存麥秸和直接打捆貯存后的麥秸(CK)分別提高了7.02

5、％～8.31％和5.68％～16.96％;麥秸經尿素處理后打捆貯存，不利于麥秸后續(xù)產沼氣，麥秸TS產氣量較CK下降了2.8～7.71％;麥秸貯存過程中，將麥秸直接暴露于空氣中對麥秸有機物的保存及后續(xù)產沼氣利用均不利，但影響并不顯著，CK和尿素處理堆體上層麥秸TS產氣量分別下降了7.40％和4.25％。
　　(3)堆肥預處理可破壞麥秸的木質纖維結構，提高其厭氧生物產氣速率和產氣量，但堆肥時間太長會造成有機物的大量損失，影響產氣量。本

6、實驗首先將麥秸進行堆肥預處理，以堆制不同時間的麥秸為原料進行厭氧生物產氣潛力實驗。結果表明:堆肥啟動6.8h后堆溫即上升至30℃，隨后分別在13.5h、19.5h、23.0h、44.8h達到40℃、50℃、55℃和60℃，最高溫度達70℃，之后緩慢下降;堆肥預處理后，隨著預處理時間的延長，麥秸有機質含量逐漸下降，氮含量先下降后上升，纖維素和半纖維素含量先升高后降低，木質素含量先降低后升高，各處理間差異不顯著(P＞0.05);經過厭氧發(fā)酵

7、后，30℃、40℃、50℃、55℃、55℃以上2天、55℃以上5天、55℃以上9天麥秸TS產氣量較CK均下降，下降幅度為4.16％～21.72％，可以看出堆肥時間太短和太長均不利于麥秸產沼氣，堆肥55℃處理對提高麥秸產氣量有一定促進作用，較未堆肥麥秸產氣量提高了7.56％;各處理產氣中甲烷含量相差不大，與未堆肥麥秸相比，除55℃以上9天下降3.2％外，其它處理有0.4～1.52％的上升，但各處理間差異不顯著(P＞0.05)。
　　

8、(4)為研究堆肥預處理影響麥秸產氣的內在機制，以輻照滅菌后的麥秸為原料，以堆肥預處理堆溫變化的數據為基礎，在實驗室模擬堆肥實驗，以排除微生物對麥秸堆肥過程的影響，模擬堆肥后的麥秸用于厭氧生物產沼氣，研究模擬堆肥溫度對麥秸理化特性及厭氧生物產沼氣的影響。結果表明:經輻照處理后麥秸中三大菌數量均大幅降低，細菌、放線菌和真菌與輻照前相比分別降低了99.70％、99.22％和99.73％;模擬堆肥實驗中，隨著處理時間的延長，麥秸中有機質含量逐漸

9、下降，氮含量在溫度預處理前后基本上沒有變化，纖維素含量逐漸上升，半纖維素含量逐漸下降，與CK-F相比，纖維素含量上升了9.17％～18.85％，半纖維素含量下降了4.84％～9.06％，木質素含量下降了12.84％～23.71％，表明溫度處理對破壞秸稈中木質纖維結構有較好的效果，而55℃以上9天與CK-F相比，纖維素上升了7.32％，半纖維素下降了27.51％，木質素升高了27.52％，差異顯著(P＜0.05)，說明高溫不利于三素的保存

10、;產氣的結果表明，50℃和55℃處理均可提高麥秸的產氣量，較對照提高了8.10％～9.12％;CK-F、初始、30℃、40℃、50℃、55℃、55℃以上2天、55℃以上5天、55℃以上9天各處理產氣中平均甲烷含量較對照均有所提高，這說明溫度處理對提高麥秸厭氧生物轉化率有有一定效果。將不同溫度處理和堆肥預處理的結果相比可以看出，堆肥預處理后麥秸的TS產氣量均下降，只有55℃上升了1.22％，而不同溫度預處理后，50℃和55℃處理較對照提高