蘆筍秸稈NaOH預(yù)處理工藝條件和沼氣發(fā)酵的研究.pdf

1、我國是農(nóng)業(yè)大國,每年產(chǎn)生的種植業(yè)廢棄物數(shù)目巨大,如不經(jīng)過合理處理和利用會造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。2008年上海崇明島港沿鎮(zhèn)蘆筍種植面積達(dá)267公頃,蘆筍年產(chǎn)量3000噸,蘆筍廢棄秸稈量1000噸。大量蘆筍秸稈廢棄物隨意堆放在田間道路兩旁,自然堆漚發(fā)酵,影響農(nóng)戶生產(chǎn)生活環(huán)境健康。因此,以蘆筍秸稈為代表的種植業(yè)廢棄物資源化處理問題嚴(yán)重,而厭氧發(fā)酵制取沼氣這一生態(tài)能源化利用方式既解決污染問題又變廢棄物為能源,是理想的選擇。沼氣燃燒后的產(chǎn)物是二

2、氧化碳和水,是一種用途廣泛并且無污染的生物能源。沼氣發(fā)酵后的殘余物可以用于農(nóng)田施肥和生物農(nóng)藥,實(shí)現(xiàn)環(huán)境零排放。目前針對農(nóng)作物種植廢棄物、養(yǎng)殖業(yè)禽畜糞便、食品工業(yè)廢水等的厭氧發(fā)酵制沼技術(shù)已日趨成熟,但是由于秸稈等種植業(yè)廢棄物的有機(jī)成分主要以纖維素、半纖維素和木質(zhì)素為主,其分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以被厭氧微生物直接利用,所以又對沼氣發(fā)酵效率存在限制。針對這一問題,主要是通過各種預(yù)處理方法對秸稈類材料進(jìn)行前期預(yù)處理,破化木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu),提高其分解效

3、率。本課題結(jié)合上海市科委項(xiàng)目(07DZ12050)“多種農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物沼氣發(fā)酵集中供氣技術(shù)的研究與示范”和上海市重大科技攻關(guān)項(xiàng)目(08DZ1900405)“農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范”,擬通過蘆筍秸稈NaOH預(yù)處理技術(shù)參數(shù)的研究,解決秸稈廢棄物厭氧消化產(chǎn)氣困難的問題,為農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物規(guī)?；锂a(chǎn)氣提供切實(shí)可行的參考。試驗(yàn)以NaOH預(yù)處理時(shí)預(yù)處理時(shí)間、NaOH濃度、NaOH溶液用量和原料粒徑大小各工藝參數(shù)為變量,通過觀測預(yù)處

4、理和發(fā)酵前后纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量的變化,以及沼氣發(fā)酵過程中產(chǎn)氣量、pH值和甲烷含量的變化,從而確定了NaOH預(yù)處理蘆筍秸稈的最佳工藝條件。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1) NaOH預(yù)處理對蘆筍秸稈中木質(zhì)纖維素的降解作用為半纖維素>木質(zhì)素>纖維素。在本試驗(yàn)中(NaOH濃度0％-10%),隨NaOH濃度升高,木質(zhì)素降解程度增加。隨預(yù)處理中NaOH濃度升高,半纖維降解效果表現(xiàn)為先增后減。2.5%的NaOH對纖維素降解效果最明顯。沼氣發(fā)酵后大部分纖

5、維素、半纖維素得到分解,木質(zhì)素難以利用,相對含量升高幅度150%-200%。(2) NaOH濃度過高或過低會影響蘆筍秸稈沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣效果,經(jīng)過一定時(shí)間的預(yù)處理可以減輕Na+對發(fā)酵的抑制作用。單因素試驗(yàn)結(jié)果表明,3.6%-5%NaOH、15～20d是較佳的工藝參數(shù)。(3)蘆筍秸稈經(jīng)粉碎和切割后使粒徑分布在2.5cm以下對NaOH預(yù)處理和沼氣發(fā)酵所產(chǎn)生的促進(jìn)作用比篩分后各組效果要好,因此NaOH預(yù)處理和沼氣發(fā)酵時(shí)蘆筍秸稈不需要進(jìn)行進(jìn)一步篩分