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[桂花树价格]CaOH2固态预处理对桂花秸秆厌氧消化

文字:[大][中][小] 2019-09-21 06:33

  为了探索一种生态高效的预处理技术,Ca(OH)2的轻度固态预处理对桂花秸秆的组成和理化结构以及厌氧消化性能的影响经过研究。果表明,提高加工温度可以降低纤维素和半纤维素含量,增加木质素含量,但对降低还原糖含量和降低木质素含量影响不大。表面,碱可以增加纤维素含量,减少木质素和半纤维素含量。对增加还原糖含量和比表面积具有显著作用。过预处理后,桂花树价格桂花秸秆沼气的累积产量增加,但碱含量越高越好。60°C下,在6%Ca(OH)2的预处理条件下产生的气体最佳,而沼气和单位气体的累积产量最高,为3468.5 ml和271.08 ml。/ gVS。种农作物富含稻草资源,是常见的厌氧消化底物[1-4]。是,秸秆的特殊理化结构(纤维素,半纤维素和木质素的交联,外层覆盖有蜡)使秸秆难以水解[4]。了提高秸秆的水解速率和产气效果,预处理尤为重要[5-8]。态预处理[4,9]在避免大量自来水的同时,需要高浓度的化学药品,较大的接种量,更长的处理时间和更多的水源。[10-11],经济且受应用影响存在许多局限性,并且描述了多重聚焦对产气的影响,并研究了秸秆降解的机理(变化在溶解的物质和物质的组成方面)并不完美。通常用于固态预处理的化学试剂中,Ca(OH)2由于其低成本和低腐蚀而备受关注[12-15]。而,取决于Ca(OH)2的溶解特性,预处理主要在低温或室温下进行。
  果弱碱达到了处理强碱的作用,则所需的化学剂量会很高,但是Ca2 离子的浓度过高会抑制微生物的生长,甚至会抑制毒性作用。]。据文献,随着温度的升高,在一定范围内(40-80°C),底物的溶解度和碱处理产生的生物甲烷的溶解度更为显着[17-19]。而,目前很少报道温度和碱偶联处理对稻草的影响。此基础上,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外(FT-IR)检测可溶性物质(还原糖,SCOD,VFA)的方法。结构进行了分析,以评价预处理对桂花厌氧消化产气性能的影响,并分析了预处理的可行性,以研究光预处理机理。Ca(OH)2的固态和厌氧消化的产气量。在为秸秆预处理研究提供新的理论依据。试材料宜人的桂花秸秆购自天津静海县(秋天)的桂花生产区。整个稻草风干,用喷雾器研磨,然后通过标准的20目筛,用去离子水除去杂质(如沉淀物)并用在20°C的烤箱中烘烤,直到含水量≤5%。后将采样袋调理并保存在室温下。试使用。氧污泥取自天津的污泥发酵罐,并在4°C下储存直至使用。用前,将接种物在35°C下预孵育并脱气7天,以消除背景甲烷值[20-21]。1列出了桂花秸秆和香味接种物的特征。于测试设备测试的厌氧消化设备是根据排放气体收集方法的原理制造的,该设备由两个500 ml锥形烧瓶,一个发酵烧瓶,一瓶排泄气体和100毫升量瓶。成。处理基于先前的测试结果:根据M的报​​告,为减少化学剂量和处理时间,将固体预处理的水分含量设置为80%[22]。Peces,Giuseppe Di Girolamo [23],Fabiana Passos [24]等。理温度选择在40°C,60°C和80°C之间。先,将Ca(OH)2分别配制在浓度为6%,8%和10%的碱性溶液中,然后将桂花秸秆分成几等分的100克,并放入预先配备的2 L塑料瓶中。三种浓度的Ca(OH)2溶液与桂花秸秆按固液比(质量比)约1:4混合,水含量为80%(确定为通过式(1)[25]),将玻璃棒均匀搅拌。后,用密封膜将塑料瓶的口密封,并分别在40°C,60°C和80°C的烤箱中放置12h,24h和48h。处理期间无搅动或振动。处理后,保留与溶解和固体有关的成分的一小部分测试。氧消化500 mL发酵瓶,有效体积300 mL。材的TS值设定为5%。物与接种物的比例(以VS计)为1。加定量的NH4Cl以将C / N底物调节至25:1。后将发酵的初始pH值调节至7.7至8.0含1 mol / L的Ca(OH)2 [26]。扫氮气5分钟以形成厌氧和密封的环境,然后将混合物在(37±2)℃的恒定温度下发酵,每天记录产气量。所有实验进行了三个平行测试。包含接种物和水的发酵系统用作对照组,以校正产气结果。经处理的桂花秸秆用作对照组。苗接种后第二天开始收集数据[27]。动摇动瓶子两次,每次10分钟。
  用干燥法(105±5°C)的总固体(TS)分析方法;固体(VS)采用550〜600℃的燃烧方法[28];元素含量C,N,H,元素分析仪,气体生产,实验室制造的发酵系统,排水方法的收集;根据Van Soest的方法,通过FOSS检测,分析确定秸秆成分含量[29];用DRX分析仪修改稻草纤维的结晶度,仪器条件:40kV,100mA,广角2θ扫描范围10°〜80°,扫描速度4°/ min,步进0.02°;检测稻草官能团,傅立叶变换红外光谱仪,使用溴化钾(KBr)压缩方法制备样品[30];稻草表面结构用扫描电子显微镜(S-3700N)观察。品制备方法将预处理的样品以固液比为1:10的方式浸入蒸馏水中进行搅拌,然后通过20目筛网分离固液。8000 rpm离心15分钟后,使液体通过0.45μm水膜,并稀释相应的倍数以确定渗滤液成分(还原糖,pH和SCOD)。体用去离子水洗涤,并在60℃下干燥以进行成分分析(纤维素,半纤维素和木质素)。处理对溶出度的影响预处理过程中的溶出度对随后的厌氧消化产生影响:还原糖可能会被微生物降解并被微生物利用,而碱溶性木质素则无法使用。度过高,但厌氧消化受到抑制。程[31]。此,需要对固体预处理后的溶解成分进行进一步分析。据郑明霞报道的结果[25],固态预处理不如碱含量有效。了关注不同处理温度对处理效果的影响,下面图2中的数据主要指示了不同温度对预处理的影响。图2A中可以看出,在不同温度下预处理的桂花茎中的可溶性有机物的量随着温度的升高而增加,但是增加的速率并不显着。析表明,SCOD值增加不令人满意的原因与秸秆的生长期有关。验中使用的材料是成熟的桂花秸秆,在田间自然风干。据牛文娟的报告,成熟期秸秆的可溶性糖含量最低[32],纤维素和半纤维素含量增加。a组相比,b,d和f组分别增加了12.07%,18.99%和31.65%,与b,d和f组相比,c,e和g组分别增长20.29%,23.68%和13.79。%。SCOD的结果表明,在一定范围内提高处理温度可以使SCOD中的纤维素和半纤维素降解,这一结果与郑万里报道的结果一致[18]。加Ca(OH)2后,碱可降解木质素和部分半纤维素[4]。每组的对照SCOD值相比,增加的分数应对应于溶解的碱性木质素和半纤维素含量。是,SCOD是一个相对宏观的指标,因为微生物降解可使用的物质是还原糖或短链游离脂肪酸(例如乙酸,丙酸和丁酸)。处理后,即使提高SCOD值,如果还原糖值不高,原料与微生物的反应也不充分,生长繁殖速率受到限制,桂花树价格仍然不利于发酵的整体效率。图2B中可以看出,碱或温度对处理后的还原糖的改善有影响,但是碱和温度的组合处理的影响随着增加而更加明显。含量。对照组的b,d,f组相比,碱含量相同的c,e,g组随着温度的升高还原糖含量逐渐增加,分别增加了28.67%。55.69%和53.14%。原因是结果是碱和半纤维素的作用。纤维素的聚合度通常在80至200之间,并且与纤维素相比,聚合度非常低。碱性条件下,纤维素经过碱性降解(分子链断裂)形成葡萄糖,而半纤维素溶解形成小分子糖[4,14]。时,由于秸秆中的一些乙酰基成分水解生成有机酸(例如乙酸)[33],因此预处理后的pH值降低。解形成的有机酸可促进半纤维素水解产生糖,提高底物的生物降解性,并促进气体的产生[5]。酸是甲烷发酵中的重要中间体,它决定了甲烷的生长和代谢速率。了确定碱和温度是否会影响桂花秸秆的水溶性有机酸含量,通过VFA指数对实验进行了分析。图2C中可以看出,相对于对照组a,bg组的VFA值增加了不同程度,并且相对于对照组,c,e和g组增加了16.81。于组b,d和f,分别为对照组。%,41.21%和36.02%。处理对成分含量的影响如表1所示,未处理秸秆的分选含量分别为40.00%,18.26%和11.02%。不同条件下进行预处理后,秸秆中纤维素,半纤维素和木质素的含量均有不同程度的增加。表2所示,相对于a组,b,d和f组的纤维素含量分别降低了0.28%,0.32%和0.89%。b,d和f组相比,c,e和g组的纤维素含量分别增加了2.85%,4.23%和5.05%。a组相比,b,d和fa组的半纤维素含量分别比b,d和f组降低了0.52%,0.97%和1.84%。c,e和g组分别降低了0.33%,0.60%和0.64%。a组相比,b,d和fa组的木质素含量分别降低了0.05%,0.41%和0.72%,而c,e和g组的木质素含量分别增加了。0.85%,1.76%,2.2%。果表明,温度和碱性对秸秆分选含量有很大影响。半纤维素为例,在40°C和40°C下添加Ca(OH)2对半纤维素含量没有明显影响,但是温度升高到60°C和80°C。
  °C,结果在40°C和60°C和80°C之间。温度超过60°C时,添加Ca(OH)2对结果有重大影响,但在60°C时添加Ca(OH)2和添加Ca(OH)在80℃下的2不显着,表明加热能量是恒定的。一定程度上取代了碱处理效果。处理对表面结构的影响与杜静[33]结合使用,结果表明,某些温度和碱性试剂可以改善预处理后可溶物的组成。较预处理前后桂花秸秆的电子显微镜照片,如图2所示。3.从微观形态上看,与原始稻草相比,经过微湿的加热预处理(如图e所示),桂花茎的表面具有明显的褶皱,比表面积增加了,但是组b,d,e,f和g。添加Ca(OH)2的效果相比,仅湿热预处理对秸秆表面积的增加没有明显影响。过比较b,c和d组的电子显微照片,添加相同剂量的Ca(OH)2,发现随着温度的升高,桂花秸秆的表面积增加。显地,并且在微孔中出现了眼泪,皱纹和凸起,结果表明,碱和温度的组合预处理对桂花秸秆加香料的表面积有显着影响。人。较d,f和g组的电子显微照片,在相同含水量(80%)和处理温度下,Ca(OH)2负载的增加会在表面上产生裸露的骨架桂花秸秆气味宜人,微孔更明显。是,通过比较基团f和g的电子显微照片并结合表2的测试数据,结果表明碱含量越高,处理效果越好。处理对官能团的影响如图4的光谱所示。组红外光谱基本相同,并且在3322 cm-1、2920 cm-1、1362 cm处有很强的吸收峰。-1和1192 cm -1。OH,CH,COC,C-OH和分子内氢键是由拉伸和弯曲振动引起的;在835cm -1处的吸收峰表示纤维素-糖苷键的振动。些高吸收峰表明,预处理后秸秆中仍存在大量纤维素。3429 cm -1,1642 cm -1和1730 cm -1处的强吸收带是-OH在半纤维素上拉伸振动的信号,表明还存在预处理的半纤维素。FT-IR光谱显示在1512cm-1和1600cm-1处观察到特定于芳族循环的吸收峰,表明木质素仍存在于处理过的桂花秸秆中。处理对结晶度的影响DRX模型可用于分析预处理前后桂花秸秆中纤维素的降解情况。图5所示,在纤维素光谱中发现了与衍射峰相似的峰,分别位于14.7、16.4和22.5°(2θ)[34]。管光谱中基团的形状基本相同,但在16.4°(20)处存在差异,并且峰变软。谱结果表明,处理过的稻草中仍然存在纤维素,但是预处理使得桂花稻草中纤维素的形态发生了变化。对照组相比,在测试图上添加的三组Ca(OH)2衍射峰在16.4°(2θ)处相对平坦,但样品的峰位置没有变化。果表明,X射线衍射图谱表明,Ca(OH)2预处理后桂花中纤维素的无定形和结晶区受到不同程度的破坏,结晶度降低。处理的桂花秸秆更有利于微生物和酶的固定和降解。处理对产气的影响图1显示了用厌氧消化的桂花秸秆经不同水平的碱性Ca(OH)2处理后累积产气量的变化。6.从图6中可以看出,用不同温度和碱含量处理的桂花秸秆产生的沼气产量差异很大。未处理组相比,对照组(b,c,d)的沼气产量随着处理温度的升高而增加。合图B和C的数据,可以看出某些加热预处理不仅可以增加溶解过程中还原糖的含量和AGV,而且可以增加沼气的产生。对照组相比,厌氧消化30天后,Ca(OH)2预处理后的桂花干气的累积产量在所有三组中均显着增加,包括e组和e组。对照组相比,f增加了14.73%。照组的21.99%,g和h组分别比对照组高14.49%和11.27%,i和j组分别比对照组高0.62%和3.91%。照组d。计产气结果表明,综合处理温度和碱预处理有利于提高沼气产量。
  现象的原因是碱处理不允许损失固体糖并且由半纤维素的降解形成的还原糖没有损失而是被吸附在稻草的表面上并且出现微孔。处理过的稻草表面上。进微生物的吸附并增加纤维素含量对于使用微生物是有益的。果,三组的累积产气量大于对照组。较e,g和j组的数据,用相同的碱性Ca(OH)2含量处理的桂花茎的气味随处理温度的升高而增加。过比较e和f,g和h,i和j,结果表明,在相同的处理温度下,相应的沼气累积产量随着预处理中碱含量的增加而增加,而随着预处理中的碱含量。g组和h组相比,g组的沼气累积产量相对于h组增加了2.89%。析表明,这种现象可以通过以下事实来解释:在没有自来水的情况下,碱性试剂与桂花秸秆表面之间的接触区域受到限制,裸露纤维素的量可以限制气体的产生,并且累积的气体产量不会随碱含量的增加而增加。增加。了便于描述每日产气量,图7A显示了对照组和对照组的每日产气量。B是经过不同温度和Ca(OH)2含量处理的桂花秸秆厌氧消化气体的日产量。图7A可以明显看出,与未处理组相比,在不同温度下预处理的第一组桂花茎在第一天就表现出产气的第一个高峰,但是产气的差异是不重要,然后这三个小组进入了天然气生产谷。10日到12日,出现了第二个产气高峰,然后第二次下降出现,直到产气结束。对照组相比,每组两个产气高峰的发作时间无明显差异,最大每日产气量大于对照组。7B显示,六组每天使用Ca(OH)2的天然气生产趋势基本相似,并且天然气生产的第一个高峰出现在第一天,然后进入天然气生产谷。组从8到10依次出现。后,天然气生产的第二个高峰进入第二个谷底,直到天然气生产结束。较两个产气峰,第一个产气峰没有太大差别:第二个产气峰为60°C,处理6%的Ca(OH)2,每日产气量最大,分别大于对照组和h组。27.83%和8.70%。析表明,产生这种气体的原因与溶解中糖含量降低和纤维素含量降低有关。

CaOH2固态预处理对桂花秸秆厌氧消化的影响_no.733

  照图2B的结果,溶解中还原糖含量越高,短期底物可以使用越快,对环境的适应越快,气体产生就越高。量较高,但还原糖含量低于SCOD值。果,气体产生的第一个峰值与时间之间的间隙不大。而,由于温度和碱含量的差异,桂花茎的纤维素含量具有很大的影响。着气体生产的发展,纤维素含量越高,微生物可以利用的底物就越多,气体生产量也就越大。据每日产气量测试的结果,在60°C以下和6%Ca(OH)2预处理条件下的天竺葵秸秆具有更好的产气效果。处理对消化时间的影响表3列出了用不同的碱性温度和Ca(OH)2含量处理的桂花秸秆的厌氧消化时间。经处理的组,经过预处理的桂花秸秆厌氧消化的时间提前,产气量分别为50%和90%。对照组(b,c,d)相比,补充Ca(OH)2的6组的厌氧消化时间在T50时相差无几,在第十天达到。t90,e,f,g,h组达到总天然气产量的90%的时刻是第19位。
  是,组g的气体产量最高。于厌氧消化时间的原因,在60°C下6%Ca(OH)2的预处理条件可以有效提高桂花秸秆的产气效率,并可以有效地减少生产时间。程中的水力保持力。处理对单位产气量的影响厌氧消化30天后,不同温度和碱含量对桂花秸秆VS产气量的影响如图2所示。8.从图8可以看出,与对照组相比,对照组的VS气体生产单位(b,c,d)分别增加了5.68%,18.20%和与对照组b,e和f组相比,分别为19.86%。VS装置的天然气产量分别增长了14.74%和21.99%。
  对照组c相比,g和h组VS单元的产气量分别增加了14.49%和11.27%。对照组相比,第i组和第j组的VS气体单位产量分别增加了0.35%和3.91%。较第i和j,h和j组的结果,VS气体的单位产量没有随着Ca(O​​H)2浓度的增加而增加。60°C和6%Ca(OH)2的条件下生产的VS装置产气最佳。理成本根据有效容量为300 ml的发酵瓶,处理30天后的桂花秸秆气总产量为3468.50 ml。其转化为8 m3的发酵罐,厌氧消化30天,产气量为92.49 m3。8立方米的发酵罐每年运行4个月(仅夏季),用这种方法预处理的桂花秸秆可产生369.96立方米的气体。耗的桂花秸秆量为1.60吨。1.60吨桂花秸秆需要2 96千克Ca(OH)。中,Ca(OH)2以350元/ t为基准[13],需要碱试剂总计33.60元。源消耗成本用Ca(OH)2的温和固态预处理方法计算得出,能源为电和水。中,电加热部分在厌氧消化过程中可用余热代替,暂计0元。定桂花秸秆的水分含量为0%,而预处理水的80%完全来自外部来源。理1.60吨桂花秸秆需要约28.16元的水费(取决于2017年第一季度天津的水价)。2预处理条件最佳,累计产气量和每单位产气量分别为3468.5 mL和271.08 mL / gVS。
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