第22卷第7期化工时刊Vo.l22,No.7
2008年7月ChemicalIndustryTimesJu.l7.2008
工艺・试验
《Technology&Experiment》
(,)
摘 要 ,。解决了木质素的降解问题,就能提高。通过预处理技术,使木质纤维素首先。通过试验,分析了不同的预处理方法对秸秆组分降解率的影响和污泥预处理方法的筛选,最终得出:最佳预处理方法为稀硫酸预处理法,处理条件如下:硫酸浓度:0.7%;处理温度:
121℃;预处理时间:1h。
关键词 秸秆预处理 污泥预处理 木质素降解 厌氧发酵
SelectionofStrawPre-treatmentMethods
TangNuo
(NanjingUniversityofTechnology,JiangsuNanjing210009)
Abstract Duetothespecialstructure,theStoverligninisnotabletobedegradedbyenzymeandacid.Inor2
dertoimprovethestrawdegradationrate,thestoverlignindegradationissueshouldbesolvedinthefirstplace.Oneofthemostimportantmethodsofdegradingligninistodevelopanappropriatepre-treatmentofstrawwhichbreaksligninintosimpleelementsbeforetheanaerobicdigestion.Bydemonstratinganalysisonthevariousdegradationratesofdiffer2entpre-treatmentsandselectionofsludgepre-treatment,theoptimizedpre-treatmentwasusingdilutesulphuricacidsolution.Theconditionswere:sulphuricacidconcentration:0.7%;reactiontemperature:121℃;time:1Hour.
Keywords strawpre-treatment sludgepre-treatment lignindegradation anaerobicfermentation
农作物秸秆的有机成分以纤维素、半纤维素为主,其次是木质素、蛋白质、氨基酸、树脂、单宁等。由于秸秆组分结构特殊,秸秆中的木质纤维素很难被酸和酶降解。木质素与半纤维素以共价键形式结合,将纤维素分子包埋在其中,形成一种天然屏障,使酶不易与纤维素分子接触;而木质素的非水溶性、化学结构的复杂性,导致了秸秆的难降解性。因此,要彻底降解纤维素,提高秸秆的降解性能,必须首先解决木
[1,2]
质素的降解问题。
收稿日期:2008-05-15
作者简介:唐锘(1984～),男,硕士生,研究方向:秸秆发酵产有机酸
木质素与半纤维素掺合在一起,将纤维素紧紧包裹在里面,成为外围基质,保护纤维素免遭微秸秆细胞内的营养物质不能释放出来,从而限制了动物对纤维素和半纤维素等成分的降解和利用,导致秸秆消化
[3]
率低,木质化程度越高,消化率越低。要彻底降解纤维素,必须解决木质素的降解问题,木质素的降解
[4,5]
是木质纤维素生物转化的首要步骤。通过研究开发适宜的预处理技术就是其中一种重要的降解木质素方法。通过预处理技术,使木质纤维素首先降解
—22—
唐 锘 秸秆预处理方法的筛选 20081Vol122,No.7 化工时刊成简单成分,从而有利于随后的厌氧消化过程。
1.5 分析检测方法1.5.1 秸秆水分的测定
率的影响
水稻秸秆如下表1:
表1 水稻秸秆含量产地南京市浦口区水分含量/(%)11.29总固体含量TS/(%)85.54
精确称取3～5g(精确到0.0001g)试样置于洁净恒重的称量瓶中,放入烘箱于105℃烘4h,取出后置入干燥器中,冷却0.5h。然后再移入烘箱继续烘干1h。冷却称重,,直到恒重为止。
(%-G1-1.1 实验材料
3:,g;
1——盛有试样的称量瓶在烘干前的质量,g;G2———盛有试样的称量瓶在烘干后的质量,g。
1.2 实验试剂
硫酸镁、、钠、丙酮、、葡萄糖、琼脂粉、。1.3 相关试剂的配制
(1)醋酸-醋酸钠缓冲液:0.2mol/L醋酸钠,取16.4g醋酸钠溶解与100mL蒸馏水中。0.2mol/L醋酸,取11.5mL冰醋酸(99%～100%,相对密度1.05～1.054)溶至100mL。取76mL醋酸钠溶液与30mL醋酸溶液混和。
(2)中性洗涤剂:30g十二烷基硫酸钠溶于970mL蒸馏水,调pH值至7。
(3)2mol・L-1盐酸溶液:167g浓盐酸(相对密度1.19)用蒸馏水定容至1000mL。
(3)72%硫酸溶液:665mLH2SO4(相对密度1.84)加入300mL水中,冷至20℃,补加水至1000mL。1.4 实验仪器
实验仪器如表2:
表2 实验仪器
仪器名称精密pH计电热鼓风干燥箱精密电子秤
微型植物试样粉碎机马弗炉恒温培养箱
循环水式多用真空泵
规格
生产厂家
1.5.2 总固体含量(TS)的测定
总固体含量=100%-水分%
1.5.3 秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量的检
测方法
本实验采用差重法测定秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量
[6]
。
1.6 预处理方法的比较1.6.1 白腐菌预处理
(1)菌种白腐菌(NG200406):由南京工业大学
制药与生命科学学院生物化工重点实验室筛选保藏。
(2)培养基的组成和培养条件 将白腐菌接种到PDA固体培养基上,在30℃下培养9d。将培养好的白腐菌菌丝接种到液体培养基内,在30℃下放入摇床内培养7d备用。培养基的组成见表3,表4。
表3 PDA固体培养基
成分比例(%)
土豆
20.00
葡萄糖
2.00
琼脂
2.00
KH2PO40.30
MgSO40.15
表4 液体培养基
成分浓度
葡萄糖
20g/L
KH2PO44.0g/L
MgSO40.2g/L
CaCl20.4g/L
VB11mg/L
PHS-3C上海精密科学仪器有限公司101A—3上海市实验仪器总厂FA1104FZ102H2451
上海天平仪器厂
天津泰斯特仪器有限公司上海市实验仪器总厂
(3)预处理过程先将秸秆粉碎,过60目筛,添加
一定的清水,在121℃下灭菌20min后,接入白腐菌丝悬浮液,在30℃培养箱中培养30d。1.6.2 稀碱预处理
PWB/10-003重庆银河试验仪器有限公司SHB-III郑州长城科工贸有限公司
电热手提压力蒸气消
YXQ-280上海医用核子仪器厂
毒器
恒温调速摇床
THZ-C太仓实验设备厂
先将秸秆粉碎,过60目筛,将相当于秸秆质量8%的NaOH溶于水,再与粉碎好的秸秆充分混合,混
合料被装入烧杯后用保鲜膜覆盖,并用橡皮筋密封好,然后置于室内30d。
—23—
工艺・试验《Technology&Experiment》化工时刊 20081Vol122,No.7 1.6.3 稀硫酸预处理
先将秸秆粉碎,过60目筛,然后再用稀硫酸进行预处理,条件如下:硫酸浓度0.7%、处理压力
0.1MPa、加压时间60min、固液比为1∶12(g/mL)。1.6.4 堆肥预处理
将15g粉碎后秸秆与一定氮源均匀混和,加适
量水,然后调节至所需的pH值,加入一定质量污泥作为接种,放置14d后,从中按质量比例取出含2g秸秆的混和物测量降解率。1.7 实验结果和讨论
经预处理后,5:
表5 预处理方法半纤维素含量/(%)纤维素含量/(%)木质素含量/(%)
未处理秸秆
2632白腐菌预处理
206
Na18304
堆肥预处理
243010
表6 不同预处理方法处理后秸秆各组分的降解率
预处理方法半纤维素降解率/(%)纤维素降解率/(%)木质素降解率/(%)
白腐菌预处理
23.086.2550.00
稀硫酸预处理
46.15
43.7550.00
NaOH预处理
30.776.2566.67
堆肥预处理
7.696.2516.67
由以上结果可以得知,在本实验条件下单独考察与处理方法对秸秆各组分影响,稀硫酸预处理方法对秸秆中各组分的降解效果相对最好,其中半纤维素、纤维素降解率和木质素降解率分别达到了46.15%、43.75%、50.00%。
2.3 分析检测方法2.3.1 污泥含水率的测定
污泥含水率是指在100kPa压下、105℃左右或在减压情况下于一定温度下干燥至恒重后污泥的失重。
操作方法为:准确称取适量的污泥样品于已恒重
的蒸发皿中,在恒温水裕上蒸干后移至(105±2)℃的烘箱中,继续干燥2～3h,取出并放入干燥器中冷却,0.5h后称量。重复以上操作,直到前后两次质量差不超过0.002g,即为恒重。
计算公式为:污泥含水率(%)
W-WW
2.1 实验材料2.1.1 厌氧活性污泥
取自南京工业大学虹桥校区内河道2.1.2 水稻秸秆
来源同2.1.1
2.2 间歇厌氧发酵实验装置
×100%
式中:W———污泥样品质量,g;
W1———蒸发皿质量,g;
W2———烘干后污泥样品加蒸发皿质量,g。
本实验中所用污泥的含水率测定为87.39%。2.3.2 污泥中挥发性固体及灰分含量的测定
污泥中的挥发性固体为干泥经过高温灼烧后减少的那一部分,其主要成分为无机物,而残留的无机部分称为灰分。
图1 间歇厌氧反应装置
—24—
操作方法为:准确称取(105±2)℃下恒重的干燥污泥,将其放在电炉上灼烧(烧到不冒烟),再放冷
唐 锘 秸秆预处理方法的筛选 20081Vol122,No.7 化工时刊或将温度降到100℃左右。取出放入(105±2)℃烘箱内烘0.5h,取出后放入干燥器内冷却恒重0.5h,称重得剩余质量。
计算公式为:
污泥中挥发性固体含量(%)
S1-S2
S1
浓甲酸,最终pH值为2.0左右(控制在3.0以下)。
气相色谱检测条件:使用氢火焰离子检测器(FID),φ0.32mm长30m毛细管柱,固定相为SE-30,气化温度250℃,柱温采用程序升温,检测器温度260℃,以高纯氮为载气,流量为1.0mL・min
-1
×100%
,分流
式中:S1———干燥污泥质量,g;
S2———灼烧后灰分的质量,g。
污泥中灰分含量(%)
S2S1
比10∶1。2.4 2.4.×100%
式中:S1———干燥污泥质量,g;
S2———g经过测定,为91.01%,8.98%。2.3.3 污泥总碱度及pH值的测定
总碱度与pH值对于污泥的调质十分重要,这两项指标也是污泥厌氧消化是否正常的标志。因为污泥上清液混浊有色度,对滴定终点的观察有干扰,因此一般都用pH计测定。
操作方法为:取25mL的污泥上清液于100mL烧杯中,插入pH电极,打开磁力搅拌器。边搅拌边用滴定管加入0.1mol/L盐酸至pH计读数为4.4,记录盐酸标准溶液的体积(mL),按下式计算总碱度。取适量污泥上清液于烧杯中,插入pH电极直接测定其pH值。
计算公式:
总碱度
V1CV2
,以塑料薄膜密封,烧杯2,造成厌氧环境,放置在日光充足的地方曝晒2～3d。2.4.2 高温蒸煮取污泥适量放在烧杯中,以塑料薄膜封口,在100℃下高温蒸煮15min,将厌氧活性污泥内菌群灭
活,保留具有芽孢的厌氧微生物。2.5 结果与讨论
×50.05(g/L)(以CaCO3计)
图2 污泥预处理方法对产酸的影响
分别将经日光曝晒处理、高温蒸煮处理以及未作处理的污泥(10%,体积分数)与经过稀硫酸预处理过的秸秆充分混和后置入500mL锥形瓶中进行间歇式厌氧发酵产酸。由图2可以看出,使用高温蒸煮预处理过的污泥产酸量高于日光曝晒处理后污泥的产酸量,利用秸秆厌氧发酵最大产酸浓度为10.4g/L。因此,以下实验用污泥均采用高温蒸煮预处理过的污泥。
式中:V1———盐酸溶液消耗量,mL;
C———盐酸溶液的摩尔浓度,mol/L;
V2———污泥上清液的体积,mL;
50.05———碳酸钙(1/2CaCO3)摩尔质量,g/mol。
经过测定,本实验中所用污泥的总碱度为608.42mg/L,pH值为7.53。2.3.4 液相组分成分分析
用气相色谱法分析厌氧发酵液成分及含量。
检测仪器:AgilentGC6890N(U.S.A.)
样品预处理:取7mL厌氧发酵液,加入2滴6mol/LH2SO4使pH值降至3.5左右(用pH试纸粗测),离心20～30min,取上清液3mL,加入0.15mL
本章研究了不同预处理方法对秸秆中各组分含量的影响以及对发酵产酸的影响。对比白腐菌预处理,NaOH预处理,稀硫酸预处理和堆肥预处理,通过实验我们得出结论:
—25—
工艺・试验《Technology&Experiment》化工时刊 20081Vol122,No.7 (1)通过实验对活性污泥的物化性质进行了分
析测定。数据结果表明:污泥的含水率为87.39%,挥发性固体含量为91.01%,灰分含量为8.98%,总
碱度为608.42mg/L,pH值为7.53。
(2)稀硫酸预处理方法对秸秆各组分的降解率最高,分别为半纤维素降解率46.15%,纤维素降解率43.75%,木质素降解率50.00%。
(3)通过对比污泥的不同预处理方法对产酸效果的影响,处理方法。
(4),如下:硫酸浓度:.;:121℃;预处理时间:1h。
参考文献
[1] 吴坤,张世敏,朱显峰.木质素生物降解研究进展[J].
河南农业大学学报,2000,34(4):349～354.
[2] Higuchit.Ligninbiochemistry,Biosynthesisandbiodegrada2
tion[J].Woodscienceand1990,24:23～63.[3] ,.[J].中
,):.
4,,.[J].
,2000,34(4):349～354.
[5.Ligninbiochemistry:biosynthesisandbiodegra2
dation[J].Woodscienceandtechnology,1990,24:23～63.
[6] 杜甫佑,张晓昱,王宏勋.木质纤维素的定量测定及降解
规律的初步研究[J].生物技术,2004,(5):46～48.
(上接第21页
)
80%。
(3)采用磁性壳聚糖微球吸附去除水中DCP,利
用其易于磁搅拌与磁分离的特点、操作简便、方法可行,可望用于工业废水中DCP的去除。
参考文献
[1] 陈建海,李慧蓉.黄孢原毛平革菌对2,4-二氯苯酚的
生物降解[J].北京大学学报(自然科学版),2006,42
(7):26～28
[2] 中华人民共和国国家标准:污水综合排放标准.GB2978
图7 磁性壳聚糖微球用量对DCP吸附的影响
～1996.
[3] 陈辉,张剑波,王维敬,杨宇翔.壳聚糖固定化云芝漆酶
的制备及特性[J].北京大学学报(自然科学版),2006,
42(2):254～258
[4] 陈忻,潘嘉慧.羧甲基壳聚糖对染料废水的脱色研究
[J].化学与应用研究,2006,18(12):1460～1463[5] 韩德艳,蒋霞,谢长生.交联壳聚糖磁性微球的制备及其
(1)以液体石蜡为溶剂,span-80为乳化剂,戊
二醛为交联剂采用反相悬浮聚合法制备了粒径不超过5μm的磁性壳聚糖微球。
(2)研究了吸附时间、温度、DCP浓度及磁性壳聚糖用量等因素对吸附的影响,得出吸附DCP的最佳条件为:吸附时间2h,温度为25℃,在最优吸附条件下,吸附量达1.70mg/g,对DCP的去除率超过
对金属离子的吸附性能[J].环境化学.2006,25(6):
748～751
[6] 黄俊,官建国,袁润章.Fe3O4纳米复合粒子研究[J].
复合材料学报,1999,16(4):35～39
—26—
第22卷第7期化工时刊Vo.l22,No.7
2008年7月ChemicalIndustryTimesJu.l7.2008
工艺・试验
《Technology&Experiment》
(,)
摘 要 ,。解决了木质素的降解问题,就能提高。通过预处理技术,使木质纤维素首先。通过试验,分析了不同的预处理方法对秸秆组分降解率的影响和污泥预处理方法的筛选,最终得出:最佳预处理方法为稀硫酸预处理法,处理条件如下:硫酸浓度:0.7%;处理温度:
121℃;预处理时间:1h。
关键词 秸秆预处理 污泥预处理 木质素降解 厌氧发酵
SelectionofStrawPre-treatmentMethods
TangNuo
(NanjingUniversityofTechnology,JiangsuNanjing210009)
Abstract Duetothespecialstructure,theStoverligninisnotabletobedegradedbyenzymeandacid.Inor2
dertoimprovethestrawdegradationrate,thestoverlignindegradationissueshouldbesolvedinthefirstplace.Oneofthemostimportantmethodsofdegradingligninistodevelopanappropriatepre-treatmentofstrawwhichbreaksligninintosimpleelementsbeforetheanaerobicdigestion.Bydemonstratinganalysisonthevariousdegradationratesofdiffer2entpre-treatmentsandselectionofsludgepre-treatment,theoptimizedpre-treatmentwasusingdilutesulphuricacidsolution.Theconditionswere:sulphuricacidconcentration:0.7%;reactiontemperature:121℃;time:1Hour.
Keywords strawpre-treatment sludgepre-treatment lignindegradation anaerobicfermentation
农作物秸秆的有机成分以纤维素、半纤维素为主,其次是木质素、蛋白质、氨基酸、树脂、单宁等。由于秸秆组分结构特殊,秸秆中的木质纤维素很难被酸和酶降解。木质素与半纤维素以共价键形式结合,将纤维素分子包埋在其中,形成一种天然屏障,使酶不易与纤维素分子接触;而木质素的非水溶性、化学结构的复杂性,导致了秸秆的难降解性。因此,要彻底降解纤维素,提高秸秆的降解性能,必须首先解决木
[1,2]
质素的降解问题。
收稿日期:2008-05-15
作者简介:唐锘(1984～),男,硕士生,研究方向:秸秆发酵产有机酸
木质素与半纤维素掺合在一起,将纤维素紧紧包裹在里面,成为外围基质,保护纤维素免遭微秸秆细胞内的营养物质不能释放出来,从而限制了动物对纤维素和半纤维素等成分的降解和利用,导致秸秆消化
[3]
率低,木质化程度越高,消化率越低。要彻底降解纤维素,必须解决木质素的降解问题,木质素的降解
[4,5]
是木质纤维素生物转化的首要步骤。通过研究开发适宜的预处理技术就是其中一种重要的降解木质素方法。通过预处理技术,使木质纤维素首先降解
—22—
唐 锘 秸秆预处理方法的筛选 20081Vol122,No.7 化工时刊成简单成分,从而有利于随后的厌氧消化过程。
1.5 分析检测方法1.5.1 秸秆水分的测定
率的影响
水稻秸秆如下表1:
表1 水稻秸秆含量产地南京市浦口区水分含量/(%)11.29总固体含量TS/(%)85.54
精确称取3～5g(精确到0.0001g)试样置于洁净恒重的称量瓶中,放入烘箱于105℃烘4h,取出后置入干燥器中,冷却0.5h。然后再移入烘箱继续烘干1h。冷却称重,,直到恒重为止。
(%-G1-1.1 实验材料
3:,g;
1——盛有试样的称量瓶在烘干前的质量,g;G2———盛有试样的称量瓶在烘干后的质量,g。
1.2 实验试剂
硫酸镁、、钠、丙酮、、葡萄糖、琼脂粉、。1.3 相关试剂的配制
(1)醋酸-醋酸钠缓冲液:0.2mol/L醋酸钠,取16.4g醋酸钠溶解与100mL蒸馏水中。0.2mol/L醋酸,取11.5mL冰醋酸(99%～100%,相对密度1.05～1.054)溶至100mL。取76mL醋酸钠溶液与30mL醋酸溶液混和。
(2)中性洗涤剂:30g十二烷基硫酸钠溶于970mL蒸馏水,调pH值至7。
(3)2mol・L-1盐酸溶液:167g浓盐酸(相对密度1.19)用蒸馏水定容至1000mL。
(3)72%硫酸溶液:665mLH2SO4(相对密度1.84)加入300mL水中,冷至20℃,补加水至1000mL。1.4 实验仪器
实验仪器如表2:
表2 实验仪器
仪器名称精密pH计电热鼓风干燥箱精密电子秤
微型植物试样粉碎机马弗炉恒温培养箱
循环水式多用真空泵
规格
生产厂家
1.5.2 总固体含量(TS)的测定
总固体含量=100%-水分%
1.5.3 秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量的检
测方法
本实验采用差重法测定秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量
[6]
。
1.6 预处理方法的比较1.6.1 白腐菌预处理
(1)菌种白腐菌(NG200406):由南京工业大学
制药与生命科学学院生物化工重点实验室筛选保藏。
(2)培养基的组成和培养条件 将白腐菌接种到PDA固体培养基上,在30℃下培养9d。将培养好的白腐菌菌丝接种到液体培养基内,在30℃下放入摇床内培养7d备用。培养基的组成见表3,表4。
表3 PDA固体培养基
成分比例(%)
土豆
20.00
葡萄糖
2.00
琼脂
2.00
KH2PO40.30
MgSO40.15
表4 液体培养基
成分浓度
葡萄糖
20g/L
KH2PO44.0g/L
MgSO40.2g/L
CaCl20.4g/L
VB11mg/L
PHS-3C上海精密科学仪器有限公司101A—3上海市实验仪器总厂FA1104FZ102H2451
上海天平仪器厂
天津泰斯特仪器有限公司上海市实验仪器总厂
(3)预处理过程先将秸秆粉碎,过60目筛,添加
一定的清水,在121℃下灭菌20min后,接入白腐菌丝悬浮液,在30℃培养箱中培养30d。1.6.2 稀碱预处理
PWB/10-003重庆银河试验仪器有限公司SHB-III郑州长城科工贸有限公司
电热手提压力蒸气消
YXQ-280上海医用核子仪器厂
毒器
恒温调速摇床
THZ-C太仓实验设备厂
先将秸秆粉碎,过60目筛,将相当于秸秆质量8%的NaOH溶于水,再与粉碎好的秸秆充分混合,混
合料被装入烧杯后用保鲜膜覆盖,并用橡皮筋密封好,然后置于室内30d。
—23—
工艺・试验《Technology&Experiment》化工时刊 20081Vol122,No.7 1.6.3 稀硫酸预处理
先将秸秆粉碎,过60目筛,然后再用稀硫酸进行预处理,条件如下:硫酸浓度0.7%、处理压力
0.1MPa、加压时间60min、固液比为1∶12(g/mL)。1.6.4 堆肥预处理
将15g粉碎后秸秆与一定氮源均匀混和,加适
量水,然后调节至所需的pH值,加入一定质量污泥作为接种,放置14d后,从中按质量比例取出含2g秸秆的混和物测量降解率。1.7 实验结果和讨论
经预处理后,5:
表5 预处理方法半纤维素含量/(%)纤维素含量/(%)木质素含量/(%)
未处理秸秆
2632白腐菌预处理
206
Na18304
堆肥预处理
243010
表6 不同预处理方法处理后秸秆各组分的降解率
预处理方法半纤维素降解率/(%)纤维素降解率/(%)木质素降解率/(%)
白腐菌预处理
23.086.2550.00
稀硫酸预处理
46.15
43.7550.00
NaOH预处理
30.776.2566.67
堆肥预处理
7.696.2516.67
由以上结果可以得知,在本实验条件下单独考察与处理方法对秸秆各组分影响,稀硫酸预处理方法对秸秆中各组分的降解效果相对最好,其中半纤维素、纤维素降解率和木质素降解率分别达到了46.15%、43.75%、50.00%。
2.3 分析检测方法2.3.1 污泥含水率的测定
污泥含水率是指在100kPa压下、105℃左右或在减压情况下于一定温度下干燥至恒重后污泥的失重。
操作方法为:准确称取适量的污泥样品于已恒重
的蒸发皿中,在恒温水裕上蒸干后移至(105±2)℃的烘箱中,继续干燥2～3h,取出并放入干燥器中冷却,0.5h后称量。重复以上操作,直到前后两次质量差不超过0.002g,即为恒重。
计算公式为:污泥含水率(%)
W-WW
2.1 实验材料2.1.1 厌氧活性污泥
取自南京工业大学虹桥校区内河道2.1.2 水稻秸秆
来源同2.1.1
2.2 间歇厌氧发酵实验装置
×100%
式中:W———污泥样品质量,g;
W1———蒸发皿质量,g;
W2———烘干后污泥样品加蒸发皿质量,g。
本实验中所用污泥的含水率测定为87.39%。2.3.2 污泥中挥发性固体及灰分含量的测定
污泥中的挥发性固体为干泥经过高温灼烧后减少的那一部分,其主要成分为无机物,而残留的无机部分称为灰分。
图1 间歇厌氧反应装置
—24—
操作方法为:准确称取(105±2)℃下恒重的干燥污泥,将其放在电炉上灼烧(烧到不冒烟),再放冷
唐 锘 秸秆预处理方法的筛选 20081Vol122,No.7 化工时刊或将温度降到100℃左右。取出放入(105±2)℃烘箱内烘0.5h,取出后放入干燥器内冷却恒重0.5h,称重得剩余质量。
计算公式为:
污泥中挥发性固体含量(%)
S1-S2
S1
浓甲酸,最终pH值为2.0左右(控制在3.0以下)。
气相色谱检测条件:使用氢火焰离子检测器(FID),φ0.32mm长30m毛细管柱,固定相为SE-30,气化温度250℃,柱温采用程序升温,检测器温度260℃,以高纯氮为载气,流量为1.0mL・min
-1
×100%
,分流
式中:S1———干燥污泥质量,g;
S2———灼烧后灰分的质量,g。
污泥中灰分含量(%)
S2S1
比10∶1。2.4 2.4.×100%
式中:S1———干燥污泥质量,g;
S2———g经过测定,为91.01%,8.98%。2.3.3 污泥总碱度及pH值的测定
总碱度与pH值对于污泥的调质十分重要,这两项指标也是污泥厌氧消化是否正常的标志。因为污泥上清液混浊有色度,对滴定终点的观察有干扰,因此一般都用pH计测定。
操作方法为:取25mL的污泥上清液于100mL烧杯中,插入pH电极,打开磁力搅拌器。边搅拌边用滴定管加入0.1mol/L盐酸至pH计读数为4.4,记录盐酸标准溶液的体积(mL),按下式计算总碱度。取适量污泥上清液于烧杯中,插入pH电极直接测定其pH值。
计算公式:
总碱度
V1CV2
,以塑料薄膜密封,烧杯2,造成厌氧环境,放置在日光充足的地方曝晒2～3d。2.4.2 高温蒸煮取污泥适量放在烧杯中,以塑料薄膜封口,在100℃下高温蒸煮15min,将厌氧活性污泥内菌群灭
活,保留具有芽孢的厌氧微生物。2.5 结果与讨论
×50.05(g/L)(以CaCO3计)
图2 污泥预处理方法对产酸的影响
分别将经日光曝晒处理、高温蒸煮处理以及未作处理的污泥(10%,体积分数)与经过稀硫酸预处理过的秸秆充分混和后置入500mL锥形瓶中进行间歇式厌氧发酵产酸。由图2可以看出,使用高温蒸煮预处理过的污泥产酸量高于日光曝晒处理后污泥的产酸量,利用秸秆厌氧发酵最大产酸浓度为10.4g/L。因此,以下实验用污泥均采用高温蒸煮预处理过的污泥。
式中:V1———盐酸溶液消耗量,mL;
C———盐酸溶液的摩尔浓度,mol/L;
V2———污泥上清液的体积,mL;
50.05———碳酸钙(1/2CaCO3)摩尔质量,g/mol。
经过测定,本实验中所用污泥的总碱度为608.42mg/L,pH值为7.53。2.3.4 液相组分成分分析
用气相色谱法分析厌氧发酵液成分及含量。
检测仪器:AgilentGC6890N(U.S.A.)
样品预处理:取7mL厌氧发酵液,加入2滴6mol/LH2SO4使pH值降至3.5左右(用pH试纸粗测),离心20～30min,取上清液3mL,加入0.15mL
本章研究了不同预处理方法对秸秆中各组分含量的影响以及对发酵产酸的影响。对比白腐菌预处理,NaOH预处理,稀硫酸预处理和堆肥预处理,通过实验我们得出结论:
—25—
工艺・试验《Technology&Experiment》化工时刊 20081Vol122,No.7 (1)通过实验对活性污泥的物化性质进行了分
析测定。数据结果表明:污泥的含水率为87.39%,挥发性固体含量为91.01%,灰分含量为8.98%,总
碱度为608.42mg/L,pH值为7.53。
(2)稀硫酸预处理方法对秸秆各组分的降解率最高,分别为半纤维素降解率46.15%,纤维素降解率43.75%,木质素降解率50.00%。
(3)通过对比污泥的不同预处理方法对产酸效果的影响,处理方法。
(4),如下:硫酸浓度:.;:121℃;预处理时间:1h。
参考文献
[1] 吴坤,张世敏,朱显峰.木质素生物降解研究进展[J].
河南农业大学学报,2000,34(4):349～354.
[2] Higuchit.Ligninbiochemistry,Biosynthesisandbiodegrada2
tion[J].Woodscienceand1990,24:23～63.[3] ,.[J].中
,):.
4,,.[J].
,2000,34(4):349～354.
[5.Ligninbiochemistry:biosynthesisandbiodegra2
dation[J].Woodscienceandtechnology,1990,24:23～63.
[6] 杜甫佑,张晓昱,王宏勋.木质纤维素的定量测定及降解
规律的初步研究[J].生物技术,2004,(5):46～48.
(上接第21页
)
80%。
(3)采用磁性壳聚糖微球吸附去除水中DCP,利
用其易于磁搅拌与磁分离的特点、操作简便、方法可行,可望用于工业废水中DCP的去除。
参考文献
[1] 陈建海,李慧蓉.黄孢原毛平革菌对2,4-二氯苯酚的
生物降解[J].北京大学学报(自然科学版),2006,42
(7):26～28
[2] 中华人民共和国国家标准:污水综合排放标准.GB2978
图7 磁性壳聚糖微球用量对DCP吸附的影响
～1996.
[3] 陈辉,张剑波,王维敬,杨宇翔.壳聚糖固定化云芝漆酶
的制备及特性[J].北京大学学报(自然科学版),2006,
42(2):254～258
[4] 陈忻,潘嘉慧.羧甲基壳聚糖对染料废水的脱色研究
[J].化学与应用研究,2006,18(12):1460～1463[5] 韩德艳,蒋霞,谢长生.交联壳聚糖磁性微球的制备及其
(1)以液体石蜡为溶剂,span-80为乳化剂,戊
二醛为交联剂采用反相悬浮聚合法制备了粒径不超过5μm的磁性壳聚糖微球。
(2)研究了吸附时间、温度、DCP浓度及磁性壳聚糖用量等因素对吸附的影响,得出吸附DCP的最佳条件为:吸附时间2h,温度为25℃,在最优吸附条件下,吸附量达1.70mg/g,对DCP的去除率超过
对金属离子的吸附性能[J].环境化学.2006,25(6):
748～751
[6] 黄俊,官建国,袁润章.Fe3O4纳米复合粒子研究[J].
复合材料学报,1999,16(4):35～39
—26—