不同预处理方法对玉米秸秆厌氧干发酵影响的比较研究

摘要

近年来，厌氧干发酵制沼气工艺作为一种比较理想的固体有机废物处理方法，得到了广泛的应用。但固体有机物的厌氧发酵是一种非常复杂的生物化学过程，受到多种因素的限制。其中，物料的类别对厌氧发酵过程具有很大的影响。作物秸秆由于木质纤维素含量较高，厌氧微生物的木质纤维素降解消化能力较弱，而导致秸秆厌氧消化率低、产气量少，从而限制了农作物秸秆厌氧干发酵制沼气工艺的大规模应用。因此，如何对作物秸秆进行预处理，改变其理化性质，优化厌氧发酵过程，已经成为人们十分关注的问题。本研究在查阅大量国内外资料的基础上，以东北地区产量最大的玉米秸秆为研究对象，采用物理、化学和生物方法对其进行预处理，之后将预处理后的玉米秸秆进行厌氧干发酵，考察不同预处理方法对厌氧消化效果的影响。
　　本课题首先对玉米秸秆采用物理法、化学法和生物法进行预处理，分析其还原糖产率、有机组份变化、纤维素结构形态变化等，从而对各种预处理工艺进行初步判定。之后利用预处理后的秸秆进行厌氧干发酵试验，考察在不同温度和TS条件下不同预处理后的玉米秸秆被微生物利用的程度。试验发现，采用不同的预处理工艺处理玉米秸秆，秸秆的纤维结构都能不同程度的受到破坏，其中采用稀硫酸处理处理玉米秸秆，半纤维素的去除率最高达到了74％，稀氢氧化钠处理后的玉米秸秆其木质素的去除率达到了84％，采用纤维素降解菌对玉米秸秆进行预处理，纤维素降解菌也能破坏纤维束的内部结构，对木质素的包覆作用产生破坏。
　　利用预处理后原料进行厌氧干发酵试验，发现随着发酵温度的升高，原料的产气率和甲烷含量随之上升，有机物的处理效率得到提升。在不同的发酵条件下，对于预处理后的原料，采用纤维素降解菌处理的玉米秸秆其发酵效率较好，累积总产气量达到了20m3·m-3，甲烷含量最高可达85％。