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摘 要

围绕现今世界范围内的资源紧缺及环境污染等问题，大力发展生物质能研究，致力于变废为宝，将秸秆等农作物木质纤维原料进行厌氧发酵以回收有利能源已经成为生物工程领域研究的重要方向。传统的厌氧发酵处理工艺存在着利用率不高，污染治理等方面的缺点与不足，现今通过添加各种化合物及预处理等方法进行厌氧发酵以提高资源利用。

本文以聚丙烯为具体研究对象，分析聚丙烯的固定化是否会对玉米秸秆厌氧发酵产生影响。首先将聚丙烯放入5%硫酸溶液中浸泡并冲洗至中性进行预处理，干燥后将聚丙烯织物挂在预处理后的不锈钢网的网刺上并使其展开。测定玉米秸秆的碳含量，氮含量及TS，VS的含量后对玉米秸秆进行厌氧发酵。通过四组不同的发酵体系，固定化聚丙烯，未固定化聚丙烯，不锈钢及空白测定玉米秸秆厌氧发酵沼气日产气量，沼气总产气量，日产甲烷含量，甲烷总产气量，pH值，COD去除率，TS去除率，VS去除率，及氨氮去除率进行分析比较。分析实验数据得知，空白及不锈钢产气量变化规律基本保持一致，证明不锈钢对玉米秸秆厌氧发酵影响不大。聚丙烯材料无论是否固定化，发酵后材料质量均有增加，并且聚丙烯固定化后的增重率大于固定化前，表面积增大，使得更多厌氧菌附着其上，并且固定化发酵实验沼气产气量及甲烷产气量均高于未固定化发酵实验，证明材料固定化较好于未固定化。同时发现加入固定化聚丙烯会使得沼气产气高峰和产甲烷时间提前。通过数据分析得知比表面积的大小对厌氧发酵沼气产量、甲烷产量以及发酵体系中各物质去除率的影响巨大，即比表面积越大，沼气产量、甲烷产量和发酵体系各物质去除率越大。

关键词:厌氧发酵 固定化 沼气 玉米秸秆 聚丙烯

Polypropylene effects of immobilization of anaerobic fermentation of corn straw

Abstract

Around the world-wide problems such as shortages of resources and environmental pollution, develop biomass energy research, to turn crops such as straw anaerobic fermentation in wood fiber raw material recycling good energy has become an important research directions in the field of bioengineering. Conventional anaerobic digestion treatment process utilization is not high, pollution control and other aspects of weaknesses and shortcomings, today by adding a variety of compounds and pretreatment methods of anaerobic fermentation in order to improve resource utilization.
Based on polypropylene as a specific object of study, analysis of polypropylene immobilization would have an effect on anaerobic fermentation of corn stover. Polypropylene is first put into 5% to pre soak and rinse in a solution of sulfuric acid to neutral, after drying of polypropylene fabric hanging on the pretreatment of stainless steel mesh net immobilization of the tattoo and make it. Determination of carbon content in corn stalk, on account of the content of nitrogen, and TS,VS of corn straw by anaerobic fermentation. Through four different fermentation systems, immobilized polypropylene, unfixed polypropylene, stainless steel and blank determination of anaerobic fermentation of corn straw gas Nissan gas, methane gas output, Nissan methane content and methane gas output, pH value, COD removal efficiency, TS removal, removal rate VS, and ammonia nitrogen removal rate compares. Analysis of the experimental data, white and stainless steel production changing pattern consistent, proven stainless steel has little effect on anaerobic fermentation of corn stover. Polypropylene material, whether fixed, fermented materials quality has increased, immobilized before the weight gain rate of immobilization, increases surface area, allowing more coated the anaerobic bacteria, and immobilization of fermentation of biogas production and methane gas production is higher than that of the immobilized ferment experimental documentary fixed better not immobilized. Also add fixed polypropylene makes methane gas production peaks and Methanogenesis in advance. Ultimately than the surface area of the anaerobic fermentation of biogas production, methane production, and fermented in the material removal rate of impact, that is, specific surface area, the greater, biogas production, methane production and greater material removal rate of the broth.

Key words: Anaerobic fermentation；immobilization；biogas；corn straw；Polypropylene

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 玉米秸秆发酵现状 1

1.2.1 玉米秸秆的发酵原理 1

1.2.2 秸秆发酵存在的问题 3

1.3 玉米秸秆厌氧发酵外援添加物国内外研究现状 3

1.3.1 微生物和酶添加物 3

1.3.2 吸附剂添加物 3

1.3.3 营养物质添加物 4

1.4 本课题研究内容，目的及意义 4

1.4.1 本课题研究目的及意义 4

1.4.2 本课题的主要研究内容 4

第二章 实验材料与方法 5

2.1 实验材料及仪器、设备 5

2.1.1 实验材料 5

2.1.2 主要仪器及设备 5

2.2 实验方法 6

2.2.1 聚丙烯预处理 6

2.2.2 预处理后的材料干燥 6

2.2.3 不锈钢网预处理 6

2.2.4 聚丙烯固定化 6

2.2.5 玉米秸秆碳含量测定 6

2.2.6 玉米秸秆氮含量测定 7

2.2.7 玉米秸秆的TS、VS测定 7

2.2.8 接种物的驯化 7

2.2.9 玉米秸秆的厌氧发酵 8

2.2.10 发酵过程TS、VS测定 8

2.2.11 发酵过程取样的COD测定 9

2.2.12 发酵过程取样的氨氮测定 9

2.2.13 发酵后材料的处理 9

2.2.14 发酵前后材料的比表面积测定 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 聚丙烯预处理前后质量变化 10

3.2 固定化和未固定化聚丙烯发酵前后的比表面积 10

3.3 原料的TS、VS 10

3.4 玉米秸秆碳含量、氮含量 11

3.5 聚丙烯是否固定化对玉米秸秆厌氧发酵沼气日产气量的影响 11

3.6 聚丙烯是否固定化对玉米秸秆厌氧发酵沼气总产气量的影响 12

3.7 聚丙烯是否固定化对玉米秸秆厌氧发酵日产甲烷含量的影响 13

3.8 聚丙烯是否固定化对玉米秸秆厌氧发酵甲烷总产气量的影响 14

3.9 固定化和未固定化聚丙烯发酵前后的质量变化 15

3.10 发酵前后各体系中不锈钢的质量变化 15

3.11 不同发酵体系对玉米秸秆厌氧发酵PH的影响 16

3.12 不同材料对玉米秸秆厌氧发酵COD去除率的影响 16

3.13 不同发酵体系对玉米秸秆厌氧发酵TS去除率的影响 17

3.14 不同发酵体系对玉米秸秆厌氧发酵VS去除率的影响 18

3.15 不同发酵体系对玉米秸秆厌氧发酵氨氮去除率的影响 18

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致谢 22

第一章 文献综述

1.1 前言

生物质能是当今社会的四大能源（媒，石油，天然气）之一。能源是我们人类赖以生存的物质基础。如何节约资源及有效的再利用能源是我们人类社会的首要问题。地球上广泛分布着生物质，包含所有的动植物和微生物，由这些生命体所代谢，分泌和派生所产生的有机物也都是一切组合成生命体的有机体。这种生物质能可以通过发酵作用，光合作用等将质能转化成人类所需的化学能，从而获得物质活动所需的可再生能源^[1]。

我国作为世界上的农业大国，每年都会产生大量的农作物秸秆，如小麦，稻草，棉花秸秆和玉米秸秆等。根据最近数据统计，我国农作物秸秆年产量约为8亿吨。其中小麦秸秆年产量达1.4亿吨，稻草秸秆年产量约1.28亿吨，棉花秸秆的年产量约为1.15亿吨。其中玉米秸秆产量为2.78亿吨，但是秸秆的资源利用率却仅仅只有32%。要改变现行农村燃烧的传统方式，避免大气污染及资源的浪费，实现农业可持续发展，开发清洁能源和保护环境需要着力研究可行性的秸秆发酵^[2]。

1.2 玉米秸秆发酵现状

沼气是一种优质的可再生能源，作为农业大国，我国在20世纪60年代开始利用农业的废弃物进行沼气发酵，但由于技术条件的限制导致未能持续性发展。现今，全世界面临能源危机，农业沼气发展问题再一次摆在人类的面前。在此背景下，农业废弃物沼气发酵方面的技术研究迅速开展起来^[3]。

1.2.1 玉米秸秆的发酵原理

我们常说的发酵，是利用微生物或者生物化学的手段，将原材料物质通过化学反应改变状态并产生代谢物或反应物并释放能量从而得到新的所需产物。发酵过程中有不同的微生物参与作用，并根据微生物的不同类型将发酵分为三类：厌氧发酵，好氧发酵和兼性发酵。其中厌氧发酵又可称为沼气发酵或者厌氧消化。厌氧发酵就是指，在厌氧环境下，利用微生物对有机物产生化学反应，进行分解和转化并生成甲烷和二氧化碳的过程^[4]。

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