厭氧發(fā)酵是秸稈無害化處理和循環(huán)利用的有效方式。由于秸稈原料流動性差，高濃度發(fā)酵過程中容易出現(xiàn)結(jié)殼現(xiàn)象，嚴(yán)重影響料液的傳質(zhì)作用，從而影響產(chǎn)氣率。生產(chǎn)中主要通過機(jī)械攪拌的方式加以解決，但能耗較高、維修困難。超聲波的空化作用及機(jī)械傳質(zhì)作用在生物工程中已得到廣泛應(yīng)用。低頻超聲波產(chǎn)生有規(guī)律而和緩的空化泡，并以非線性的方式在媒質(zhì)中循環(huán)震蕩。
這個過程主要發(fā)生在界面層、膜或細(xì)胞壁附近以及細(xì)胞液內(nèi)，促進(jìn)反應(yīng)底物進(jìn)入酶生物催化劑的活性部位及產(chǎn)物進(jìn)入介質(zhì)中的傳質(zhì)作用，還可以減少次生代謝產(chǎn)物積累對微生物代謝的抑制作用，促進(jìn)代謝產(chǎn)物的合成，從而增強(qiáng)微生物的活性、加速細(xì)胞的生長和生物反應(yīng)速率15。同時，超聲波所形成的空化泡在破裂時產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊可有效提高固體中可溶物的溶出速度，并產(chǎn)生類似于“沸騰”的攪拌作用。因此，超聲處理技術(shù)在秸稈厭氧發(fā)酵過程中具有良好的應(yīng)用前景。試驗(yàn)采用自制的恒溫厭氧發(fā)酵裝置。厭氧罐容積5.2L，采用夾層有機(jī)玻璃，可通入恒溫水以保證一定的發(fā)酵溫度；
超聲波清洗機(jī)（昆山超聲儀器有限公司），作為超聲波發(fā)生器；集氣罐采用水封的方式，可通過測量氣體高度計(jì)算產(chǎn)氣體積。
本文研究了超聲處理對厭氧微生物生長發(fā)育、可溶物溶出度的影響，以及超聲處理強(qiáng)度、單次超聲處理時間及時間間隔對秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量和沼氣中CH4含量的影響，得出以下主要結(jié)論：
(1）1.2Ｗ/cm2的聲強(qiáng)以下，增加超聲波聲強(qiáng)可促進(jìn)厭氧微生物的生長發(fā)育，但當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到0.8w/cm2后，超聲波對厭氧微生物生長的促進(jìn)作用減弱；適度的超聲處理時間對提高生物量的效果較好，但長時間的超聲處理會抑制細(xì)菌的生長；0.8w/cm2、30min的超聲處理，秸稈的溶出率可提高13.5％。
(2）優(yōu)化的超聲處理工藝參數(shù)為超聲處理強(qiáng)度1.0w/cm2、單次超聲處理時間15min、超聲處理時間間隔50min。從整個發(fā)酵過程來看，超聲處理未帶來CH4含量的顯著變化，但使產(chǎn)氣高峰提前4~5d，同時可提高總產(chǎn)氣量24.48％，提高CH4產(chǎn)量25.92％。超聲處理可通過促進(jìn)厭氧菌的生長、加速秸稈養(yǎng)分的溶出、改善發(fā)酵液的傳質(zhì)作用來提高產(chǎn)氣效率。
掃一掃進(jìn)入手機(jī)官網(wǎng)
掃一掃關(guān)注我們
