絮凝处理对玉米秸秆水解液沼气发酵影响研究
水热法处理农业秸秆所得水解液中富含糖类化合物，可被微生物转化为生物基燃料和化学品。然而，水解液中所含酚类化合物对于微生物生长及代谢存在抑制作用。本论文研究了通过絮凝法去除玉米秸秆水解液中的酚类化合物来提升水解液沼气发酵性能的工艺，同时对絮凝处理后所得絮体的抗氧化活性进行了分析。 首先分别以阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）、氯化铁（FeCl3）以及聚合氯化铁（PFC）作为絮凝剂，考察了絮凝剂用量、絮凝体系pH、絮凝剂分子量、水解液初始浓度等工艺条件对于玉米秸秆水解液中酚类化合物去除的影响。结果表明，在CPAM分子量为800万，用量0.2g/L、pH=9.0、絮凝时间为3.0h等条件下进行絮凝处理，酚类化合物去除效率达到最大值16.62%。分别以PFC和FeCl3作为絮凝剂，在絮凝剂用量2.0g/L、水解液pH=9.0、絮凝时间为3.0h等条件下，酚类化合物去除率的最大值可分别达到21.24%及22.69%。 在此基础上，考察了以CPAM为助凝剂对于FeCl3及PFC絮凝去除水解液中酚类化合物的影响。结果显示，以CPAM为助凝剂可显著提升水解液中酚类化合物的去除率。在助凝剂CPAM用量为0.1g/L，絮凝剂FeCl3和PFC用量分别为2.0g/L，水解液pH=4.0以及絮凝时间3.0h等条件下，水解液中的酚类化合物去除率分别达到了27.09%和30.59%。研究表明，在酸性及碱性条件下，添加助凝剂CPAM均可强化水解液中酚类化合物的去除效果。其中，酸性条件下无机絮凝剂FeCl3和PFC首先通过电荷中和作用或电荷中和-架桥机制吸附酚类化合物，然后CPAM通过电荷中和作用及架桥机制强化酚类化合物的去除；碱性条件下，FeCl3和PFC首先通过卷扫机理吸附酚类化合物，而后CPAM通过补丁及卷扫机理强化酚类化合物的去除。 接下来进一步考察了水解液初始浓度对于酚类化合物去除的影响，结果显示将水解液稀释后可促进酚类化合物的去除。将水解液稀释3倍后在无机絮凝剂2.0g/L、CPAM0.1g/L用量条件下进行絮凝处理，经过CPAM、FeCl3、PFC、FeCl3-CPAM以及PFC-CPAM等絮凝剂处理后，水解液的酚类化合物去除率达到了28.23%、22.16%、26.53%、41.61%和43.04%。水解液的BOD/COD分别提升了29.51%、27.87%、24.59%、42.62%和39.34%，可生化降解性明显提升。将絮凝后所得水解液在接种比0.2kgVS/kgCOD、37±1℃、碱度2700mg/L等条件下接种菌泥进行沼气发酵后，沼气发酵速率分别提升了26.25%、179.14%、56.83%、182.76%及33.99%；经过CPAM、PFC及PFC-CPAM处理后，累积甲烷得率分别提升了20.00%、16.86%及18.94%。 通过红外光谱对絮体进行化学组分分析，确认了絮体中的有机化合物主要由酚类化合物组成。通过ABTS+?（2，2''-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）自由基清除率实验证实，絮体具有一定的抗氧化活性，每克絮体相当于3.40~17.23mgBHT（2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚）抗氧化剂，可作为原料进一步加工制备抗氧化剂，从而提升工艺的整体经济性。
玉米秸秆水解液;酚类化合物;絮凝处理;沼气发酵;抗氧化活性
天津科技大学
硕士
轻工技术与工程
王高升;于孟辉;张东彪
2022
中文
S216;TQ920.6
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）