提高木质纤维素类生物质厌氧消化性能的碱预处理方法研究
木质纤维素类生物质是最丰富的可再生生物质资源，通过厌氧消化技术，生产甲烷具有良好的经济和环境效益，是化石燃料的有效替代方式。但是，木质纤维类生物质结构成分非常复杂，可以抵抗真菌，细菌和酶的作用，直接厌氧消化效果不佳。
本课题研究了NaOH、KOH、Ca(OH)2常温预处理对玉米秸秆中温厌氧消化性能的影响，并创新提出了NaOH分级预处理和NaOH联合Ca(OH)2预处理两种方法，以提高木质纤维素类生物质的厌氧消化性能。
常温下，利用不同浓度（2％-14％g碱/g秸秆干重）的NaOH、KOH、Ca(OH)2预处理玉米秸秆。结果表明，与未预处理相比，NaOH预处理对厌氧消化性能提高最明显，最佳添加浓度为6％，产甲烷高峰提前4天，单位VS累积甲烷产量提高47.1％。
常温下，研究不同浓度（4％-10％g碱/g秸秆干重）的NaOH分级(2级)预处理对玉米秸秆中温厌氧消化性能的影响。结果表明，相同的碱添加量下，分级预处理的单位VS累积甲烷产量比不分级（1级）预处理的低6.8％-9.7％，分级NaOH预处理不是有效的碱预处理方式。
常温下，研究不同的NaOH(2％-6％)联合Ca(OH)2(2％-4％)配比的碱液对玉米秸秆中温厌氧消化性能的影响。结果表明，NaOH联合Ca(OH)2预处理能够有效提前产气高峰，提高甲烷产量。4％NaOH联合2％Ca(OH)2预处理方法最佳，单位VS累积甲烷产量比未预处理的提高了50.8％。对不同粒径的玉米秸秆进行中温厌氧消化实验，得出厌氧消化性能最佳和最差的粒径分别为＞0.25-1.0 mm和＞5.0-20.0 mm，并对这两种粒径的玉米秸秆分别进行4％NaOH联合2％Ca(OH)2预处理和6％ NaOH单独预处理。结果表明，联合与单独碱预处理均显著提高了＞0.25-1.0 mm（15.0％和15.1％）和＞5.0-20.0 mm（45.6％和47.8％）的玉米秸秆的单位VS累积甲烷产量。综合考虑甲烷产量，试剂成本和能源成本，4％NaOH联合2％ Ca(OH)2预处理方法与＞5.0-20.0 mm的粒径尺寸为最佳的玉米秸秆的预处理条件。
常温下，研究4％ NaOH联合2％ Ca(OH)2预处理对柳枝稷和稻壳中温厌氧消化性能的影响。结果表明，比未处理相比，碱联合预处理后的柳枝稷和稻壳的单位VS累积甲烷产量分别提高59.0％和174.4％。
综合考虑产气效果以及经济成本，4％ NaOH联合2％ Ca(OH)2预处理是具有成本效益的高效的预处理木质纤维素类生物质的技术，可以作为NaOH单独预处理的有效替代方法。
玉米秸秆;木质纤维素;生物质;厌氧消化性能;碱预处理
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
刘广青
2013
中文
X712
86
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）