秸秆厌氧消化的预处理技术研究进展

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秸秆厌氧消化产甲烷的研究进展_杨茜_鞠美庭_李维尊

利用秸秆厌氧消化产甲烷，虽然目前在国内外已取得众多的研究成果，但大多数仅限于实验室规模，中试及大规模应用还存在很多问题[11]：秸秆厌氧转化率低、秸秆表层的蜡质阻碍微生物附着；木质素很难被微生物消化利用；碳氮比失调，微生物代谢必需的微量元素缺乏，营养不均衡导致秸秆产气效率低；沿用传统厌氧消化装置无法克服秸秆上浮、结壳的问题等。这些都是秸秆厌氧消化过程中出现的一系列技术性难题，如何解决这些问题是秸秆厌氧消化技术推广并稳定运行的关键。在中国，目前秸秆沼气系统科学研究发展较国外相对缓慢，工程上多采用以秸秆为主、添加畜禽粪便为辅的产气方式；农村地区以秸秆为原料生产沼气的户用沼气池数量锐减，更加抑制了秸秆作为沼气工程原料的研究，转向畜禽粪便的深入研究、利用。随着国家经济的快速发展和社会布局的调整、优化，以点存在的养殖场粪污沼气工程会出现消化原料短缺的问题；而农作物秸秆作为优良的消化原料，以其含碳量高、含硫量低，甲烷产量高，将是规模化发展的方向，未来亟需合理利用[8]。
3 影响秸秆厌氧消化的因素及不足
注：虚线：微生物参与对应阶段；实线：物质流向。 Note: The dotted line: Microorganisms involved in the corresponding phase; The solid line: materials flowing.
图 1 秸秆厌氧消化物质变化概要 Fig.1 Materials changing in summary of anaerobic digestion of straw
纤维素是自然界中分布最广泛的一种含碳物质，是秸秆最主要的化学成分。纤维素为网状骨架，排列规则，是由 D-葡萄糖以 β-1,4 糖苷键组成的线状高分子化合物，相对分子质量约 50 000～2 500 000，相当于 300～15 000 个葡萄糖基。纤维素主要依靠微生物进行降解，先由水解菌将其降解为多糖，然后再由产酸菌将其进一步降解成有机酸，最终在产甲烷菌的作用下生成甲烷。其结晶区因结构致密难以降解，从纤维素到葡萄糖的转化速率较葡萄糖到挥发性脂肪酸的转化速率要慢得多，因此纤维素的分解是全过程速率限制因子。

秸秆厌氧消化预处理技术研究进展

法、物理化学法和生物预处理方法等，希望能对秸秆沼气工程的推广应用起到积极作用。关键词：农作物秸秆；预处理；厌氧消化
中图分类号：￥２１６．４文献标志码：Ａ文章编号：１６７４ — ８６４６（２０１５）０１ — ０００７ — ０３
ｈｅｔｕｓｅｏｆｓｔｒａｗｇａｓｐｒ０ｊｅｃｔｓｐｌａｙａｎａｃｔｉｖｅｒｏｌｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｒｏｐｓ￣ａｗ；ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｒａｗｏｎｅａｒｔｈｉｓｒｉｃｈｉｎｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙ，ｈａｓｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｂｅｃａｕｓｅｓｔｒａｗｐｌａｎｔｃｅｌｌｗａｌｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘ．１ｉｍｉｉｔｎｇｔｈｅｅｉｃｆｉｅｎｃｙｏｆｓｔｒａｗ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ．ｓｔｒａｗｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｐｈｙｓｉｃａｌ，ｃｈｅｍｉｃｌ，ａｐｈｙｓｉｃ０一ｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄｂｉｏｌｏｇｉｃｌａｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ，ｈｏｐｉｎｇｔｏｐｒｏｍｏｔｅ

农作物秸秆的厌氧消化试验研究

维普资讯
农业环境科学学报２０，（：３ — ３０７２１３５３８６）
ＪｕｎｌｆｇｏＥｖｏｍｎｃｎｅｏｒａｏｒ— ｎｉｎｅｔｉｃＡｒＳｅ
农作物秸秆的厌氧消化试验研究
合考虑。中温厌氧消化是比较理想的农作物废弃物的处理方法。关键词：秸秆：厌氧消化；生物气中图分类号：７２文献标识码：Ｘ１Ａ文章编号：６２２４（０）１０３－４１７ — ０３２７０－３５００
ＳｔｕｄｙｏｎＡｎａｒｂｉｇｅｔｏｎｏｒｗａｌｅｏｃＤｉｓｉｆＳｔａＳｔｋ
Ｌｉｎｈａ，Ｉａ－ｕＭＡｎ－ｎ。ＹＵＡＮＺｅ－ｏｇ，Ｉａ－ｎＬＡＯＣｉｉｇＬｇｌｇ，ｏｈｎｈｎＬＵＸｉｏｆＩｕ－ｎｅｐ
（．ｕｎｚｏｓｔｔｏｎｒｙｏｖｒｉ，ｈｎｓｃｄｍｙｏｉｃｓＧａｇｈｕ５０４，ｈｎ；．ｈｎｄｓｔｔｏｉｏ，１ａｇｈｕＩｔｕｅｆｅｇｎｅｓｎＣｉｅｅＡａｅｆｃｅｅ，ｕｎｚｏ６０Ｃｉａ２ＣｇｕＩｔｕｅｆＢｏｇＧｎｉＥＣｏＳｎ１ｅｎｉｌｙ
ｆｅｎｔｅｎｒｌｕｃｏｆｈｓｅＴｅｐｒｅｔｇｆｍｅＲｅｉｅｔｈｏｏｍａｆｎｔｎｏｔｅｓｔｍ．ｉｙｈｅｃｎａｅｏｈｔｎｎｍｅｏｈｌｎｄａｉｎｉｅｔｎｗｓｕｏｏｅ０ｓｐｉｃａｍｂｅｔｇｓｏａｐｔｖｒ５ｉｄｉ％ｏｈｅ８ｄｙｎｔｔａ．ｈ

秸秆厌氧消化产沼气研究进展

基金项目青海省自然科学基金面上项目(2021-ZJ-921);青海省科技成果转化专项(2019-NK-110);中央引导地方科技发展专项资金计划项目(2021ZY020);青海省科技厅重点实验室项目(2020-ZJ-Y02)。

作者简介柳丽(1997—),女,河北承德人,在读硕士研究生。

研究方向:农业资源利用。

*通信作者收稿日期2021-05-11秸秆是生物质能源的重要组成部分,也是世界上分布最广泛的可再生资源之一。

我国是农业大国,每年可产生约7.0×108t 秸秆,但利用率仅33%,大多数秸秆资源没有得到有效利用,随意丢弃和直接焚烧秸秆的现象在我国仍常见,不仅造成了环境污染,而且与资源循环利用的理念相悖[1]。

秸秆富含多种营养元素和有机质,可利用价值高。

秸秆综合利用既可缓解目前我国对肥料、饲料、能源和工业原料的紧迫需求,又可保护生态环境,促进经济可持续协调发展[2]。

厌氧消化产沼气是现阶段对秸秆资源化利用最有效的途径之一,不但能产生农民生活用能,降低我国对不可再生能源和生物质的消耗,而且生产出的沼液、沼渣可以作为优质有机肥,提高农作物的产量和品质,增加农民收益。

鉴于秸秆资源化利用的潜力,本文主要围绕秸秆厌氧消化产沼气的可行性、影响因素、利用现状及存在的问题等方面进行阐述,并针对该利用方式存在的问题提出对策,以期为规模化秸秆沼气工程的应用和推广提供参考。

1秸秆资源化利用现状秸秆一般是指农作物收获后剩余的茎叶或藤蔓等部分的总称。

秸秆传统处理方式是还田,使其作为有机肥改善土壤性质,主要包括堆沤腐化还田和机械化还田。

前者通过堆积高温发酵,降解并释放秸秆的有效养分,还田时被土壤微生物及作物吸收;后者利用机械直接将秸秆粉碎并翻耕入土,从而提高土壤肥力。

但是大量秸秆直接堆沤或还田不仅肥效不高,利用率较低,而且有时还会因发酵不彻底导致病原微生物对植物产生二次污染,诱发植物病害[3]。

随着科技的不断进步,秸秆资源化利用途径也不断创新,极大地提升了秸秆再利用效率和使用价值。

秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术研究进展

秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术研究进展秸秆类生物质是指农作物秸秆、麦秸、稻草等农业废弃物，以及棉秆、麻秆等工业废弃物。

秸秆类生物质具有广泛的资源性质和丰富的潜在能量，因此利用秸秆类生物质作为原料进行生物质发酵制氢已成为一种可行的途径。

然而，传统的厌氧发酵技术面临着一系列的问题，包括废物处理困难、生物质转化率低等。

因此，开展秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术的研究势在必行。

近年来，科研人员在秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术方面取得了一些进展。

首先，研究人员研发了各种新型的厌氧发酵装置，如固定床反应器、流化床反应器、完全混合反应器等。

这些装置能够提高发酵过程中废物的处理效率，并且可以提高生物质转化率。

其次，科学家还发现，添加一些辅助物质，如活性碳、半导体材料等，可以显著提高生物质厌氧发酵过程中的氢气产量。

这些辅助物质能够吸附和分解厌氧发酵过程中的中间产物，从而提高氢气产量。

此外，研究人员还发现，通过优化菌群的选择和培养条件，可以显著提高厌氧发酵过程中的氢气产量。

通过筛选出高效的厌氧发酵菌株和优化培养条件，可以使厌氧发酵过程更加稳定，并提高氢气产量。

然而，目前的研究还存在一些问题需要解决。

首先，秸秆类生物质经过预处理后才能进行厌氧发酵，而目前的预处理技术仍然不够成熟。

传统的物理、化学处理方法如切碎、碱液处理等虽然可以提高秸秆类生物质的可降解性，但是同时也会增加能源和环境成本。

因此，需要开发更加高效和环保的秸秆类生物质预处理技术。

其次，秸秆类生物质的复杂组分会导致厌氧发酵过程中的产物多样性，从而影响厌氧发酵过程的稳定性和氢气产量。

因此，需要进一步研究秸秆类生物质中各种组分之间的相互作用，以及这些相互作用对厌氧发酵过程的影响。

此外，秸秆类生物质在厌氧发酵过程中会产生大量的废液和废气，对环境造成一定的污染。

因此，需要开发高效和环保的秸秆类生物质废气处理技术，以减少对环境的影响。

综上所述，秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术的研究进展取得了一些成果，但仍然面临一些挑战。

秸秆厌氧发酵条件优化的研究

秸秆厌氧发酵条件优化的研究引言：秸秆是一种丰富的农业废弃物资源，利用秸秆进行厌氧发酵可以产生生物质能源，具有重要的经济和环境效益。

然而，秸秆的复杂性质和发酵过程的复杂性使得优化秸秆的厌氧发酵条件成为一个具有挑战性的问题。

本文旨在探讨如何优化秸秆的厌氧发酵条件，以提高发酵效率和产气量。

一、秸秆的性质分析在优化秸秆的厌氧发酵条件之前，首先需要对秸秆的性质进行分析。

秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素等组分构成，其中纤维素是产气的主要来源。

此外，秸秆中还含有一定量的水分、灰分和挥发性有机物。

二、厌氧发酵条件的优化1. 温度：温度是影响厌氧发酵的重要因素之一。

一般来说，较高的温度可以促进微生物的生长和代谢活动，但过高的温度可能会导致微生物的死亡。

因此，选择适宜的温度对于优化发酵过程至关重要。

根据研究表明，秸秆的厌氧发酵适宜温度范围为35-45摄氏度。

2. pH值：pH值是发酵过程中另一个重要的影响因素。

不同的微生物对pH值的适应能力不同，因此选择适宜的pH值可以促进有益菌的生长，抑制有害菌的繁殖。

研究结果表明，秸秆的厌氧发酵最适pH范围为6.5-7.5。

3. C/N比：C/N比是指碳与氮的摩尔比值，对发酵过程中的微生物生长和代谢活动有重要影响。

较低的C/N比可能导致氮源不足，从而抑制微生物的生长。

相反，较高的C/N比可能导致氮的过剩，从而降低发酵效率。

研究结果表明，秸秆的厌氧发酵适宜C/N比范围为25-30。

4. 有机负荷：有机负荷是指单位时间内输入到厌氧发酵系统中的有机物质的量。

过高的有机负荷可能导致微生物的厌氧发酵能力不足，从而降低发酵效果。

因此，选择适宜的有机负荷对于优化发酵过程非常重要。

根据研究结果，秸秆的厌氧发酵适宜有机负荷范围为1-2 kg COD/m3·d。

5. 曝气方式：曝气是指向厌氧发酵系统中输入气体，用于提供微生物生长和代谢所需的氧气。

不同的曝气方式对发酵效果有不同的影响。

常见的曝气方式包括自然曝气、机械曝气和超声波曝气等。

秸秆高固体厌氧消化预处理实验研究

ｃｒａｄａｂｍｉｅ．Ｔｈｒ—ｒａｎｆｅｔｒｅｐｅｓｄｂｙＣＯＤｏｃｎｒｔｏｄｓｏｖｄｉｔｅｏｕｉｎｎｔｅ４一ａｉｇｓｅｅａｉｎｉｈｅｅｐｅｔｅｔｇｅｃｓａｅｘｒｓｅｉｃｎｅｔａｉｎｉｓｌｅｎｈｓｌｔｓａｄｈ１ｄｙｂｏａｇｎｒｔｎｔｏｏ
Ａｂｔａｔ：ｈｅｓｒｗｃｎａｎｓａｈｉｈｃｎｅｏｉｎｉｗｈｃｃｎｏｅｗｅｌｔｉｅｙａａｒｉａｔｒａｉｇｓｌｄｎｅｂｃｉｅｔｏｓｒｃＴｔａｏｔｉｇｏｔｎｔｆｌｇｎ，ｉｈａｎｔｂｌｉｚｄｂｎｅｏｂｃｂｃｅｎｈｉｈｏｉａａｒｉｄｇｓｎｕｌｉｏｉ
Ｋｅｙｗｏｒｓ：ｔａｄｓｒｗ；ｈｇｏｉｎｅｏｉｉｅｔｎ；ｂｏｅｅｇｉｈｓｌａａｒｂｃｄｇｓｉｄｏｉ— ｎｒｙ；ｌｎｎ；ｅｈｎｅｅｏｅｉｘｅｍｅｔｉｉｇｎａｃｄａｒｇｎｃｅｐｒｎｉ
第２８卷第４期
２００７年４月
环
境
科
学
ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＳＩＣＥＮＣＥ
Ｖｏ．８。１２Ｎｏ．４Ａｐ，，０７ｒ２０
秸秆高固体厌氧消化预理实验研究
蒋建国，赵振振，杜雪娟，隋继超，吴时要
（清华大学环境科学与工程系，北京１０８）００４
３０／ｆｅ４ｈｕｒ．Ｉｄｉｏ９００ｍｇＬａｔｒ２ｏｓｎａｄｔｎ．ｔｅｅｐｒｍｅｔｓｏｈｔｔｅｌｇｉｏｔｎｎｔｅｓｒｗｉｅｕｅｒｍ８％ｔ９％ａｔｒｐｒ— ｉｈｘｅｉｎｈｗｓｔａｈｉｎｎｃｎｅｔｉｈｔａｓｒｄｃｄｆｏ２ｏ１ｆｅｅ

秸秆厌氧混合发酵的研究进展

碳是甲烷的来源，氮是构成微生物细胞的主要元素，为保证发酵微生物的营养供应，合理配料至关重要。若 C / N 过高，不充分的新陈代谢使有机质不能完全转化；过低，则形成过多的氨，抑制微生物生长。一般来说，高氮的有机废弃物与高碳的木质纤维素物料混合能够形成较理想的发酵底物，从而提高发酵的效率，大大提高废弃物的利用率。在混合发酵过程中，混合比根据适宜的 C / N 来确定。 Hills［20］论证了木质纤维素的物料（ C / N 为 35 ～ 118）与牛粪（ C / N 为 12）的混合 C / N 为 25 ～ 30 是适宜的。Kim［10］在研究稻草与污泥进行混合厌氧发酵时，发现 C / N 为 25 时气体产量最高。Wang［21］在对牛粪、鸡粪和小麦秸秆的混合发酵实验中，发现 C / N 在 25 ～ 30 之间时，pH 更加稳定，氨氮和游离氨含量更低；当牛粪与鸡粪比例为 40． 3∶ 59． 7，加入秸秆调节 C / N 为 27． 2 时，产气量最高。也有其他学者通过对比不同 C /N 下（不同的混合比）的产气效果，得到了适宜的 C / N 以及混合比［8 － 9，11 。－ 12］ 2． 3 预处理
秸秆中存在大量的木质素、纤维素和半纤维素，致使发酵速率低。预处理是秸秆发酵过程中重要的一步，其目的是破坏底物结构，增加生物降解率，去除不可降解成分。预处理的方法包括物理法、化学法和生物法等。
物理法指通过机械加工、高压高温蒸煮或辐射处理等改变秸秆的外形或结构。 Mussoline［22］对稻草和猪粪进行混合厌氧发酵，发现未经处理的秸秆需要 189 天的消化时间，而预处理后的秸秆只需要 89 天；未经预处理的秸秆需要维持中温条件，而预处理后的底物可以在温度范围为 19℃ ～ 30℃ 时充分消化。化学法是使用酸、碱和有机溶剂等作用于作物秸秆，破坏细胞壁中半纤维素与木质素形成的共价键及纤维素的结晶结构，打破木质素与纤维素的连接，达到提高秸秆可消化性的目的。 Krishania［23］在对牛粪与秸秆的混合发酵中，对秸秆进行酸处理、碱处理以及酸碱混合处理，结果表明处理之后的秸秆混合发酵效率明显增加，甲烷含量也明显

秸秆厌氧发酵预处理技术简介

秸秆厌氧发酵预处理技术简介公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]秸秆厌氧发酵预处理技术简介摘要秸秆是含有大量木质纤维素的生物质，难被细菌直接分解，这限制了秸秆厌氧发酵产沼气技术的发展。

预处理可提高秸秆发酵速率和效率。

本文介绍了目前国内外秸秆厌氧发酵预处理的主流技术，并指出了秸秆厌氧发酵预处理技术未来的发展方向。

关键词秸秆厌氧发酵预处理中图分类号：文献标识码：A农作物秸秆资源是地球上最丰富的可再生资源，世界每年可产生近20亿吨秸秆。

随着世界化石能源日趋枯竭，人类将濒临能源危机，农作物秸秆资源作为高效清洁的可再生能源一直备受人们的关注。

目前秸秆资源化主要有秸秆饲料化、秸秆还田、秸秆工业原料化和秸秆生物能源化技术。

其中最具有代表性、发展最早的是秸秆木质纤维素原料厌氧发酵产沼气技术，现在已发展成为制取清洁高效安全的生物天然气。

此技术已成为21世纪的研究热点，具有十分深远的经济价值和战略意义。

但是在实际生产过程中，秸秆发酵产气率并不高，这是因为秸秆中木质纤维素含量高且难以分解，因此造成秸秆厌氧消化发酵启动慢、分解慢、发酵时间长、产气率低等问题。

由此需要对秸秆进行有效的预处理，从而提高秸秆发酵的速率及效率。

1厌氧发酵预处理技术农作物秸秆中木质纤维素含量相对较高，而木质纤维素的结构极其复杂，厌氧微生物对其水解较弱，水解缓慢且程度很低，进而影响后续的酸化和产甲烷。

由此需要对秸秆进行有效预处理，并优化厌氧发酵条件，提高秸秆发酵产气速率和产气质量。

目前国内外秸秆发酵预处理主要技术有物理技术、化学技术、生物技术、物理化学技术和化学生物联合处理技术等。

物理预处理技术物理技术是最常见的生物质预处理技术，主要是通过缩小生物质粒度来降低结晶度，破坏木质素、纤维素、半纤维素之间的网状结构，增加生物质秸秆的比表面积，使得生物质软化而进一步分离、降解，从而增加酶对纤维素的可及性，提高纤维素的酶解转化率。

秸秆预处理厌氧发酵技术研究进展

陕西农业科学2020,66（11）：46-9ShaanxiJouona.oEAgoicu.iuoa.Sciences 秸秆预处理厌氧发酵技术研究进展黎雪（杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100）摘要:利用秸秆进行厌氧发酵产沼气是处理秸秆的有效方法，能有效缓解我国能源紧张问题。

但是由于秸秆结构致密，厌氧菌很难分解秸秆产生沼气，这也是秸秆厌氧发酵的技术难题之一。

目前，对秸秆进行预处理能有效提高秸秆产气率。

总结了目前常见的几种能提高秸秆厌氧发酵产气率的预处理方法，主要包括物理、化学、生物、联合预处理方法。

以期为秸秆预处理厌氧发酵研究提供理论和技术基础&关键词：秸秆;预处理；厌氧发酵前言由于可再生能源在解决全球能源需求中发挥至关重要的作用，社会对能源安全问题的关注持续增加。

有报道指出,2020年，我国可再生能源应占总消耗能源的20%0在可再生资源中，厌氧发酵产沼气作为一种可再生和可持续的能源技术,受到广泛关注。

我国秸秆资源丰富，秸秆年产量近9亿I,但是综合利用率不到40%,大多数秸秆被随意堆放、丢弃、作为生活燃料，引起严重的环境问题。

秸秆被认为是生产沼气最丰富和最重要的原料之一，利用秸秆来进行厌氧发酵产沼气,能改善秸秆焚烧和解决能源紧张问题。

但由于农作物秸秆是由复杂的有机聚合物晶体结构组成,包括纤维素，半纤维素和木质素，厌氧菌很难利用,导致秸秆发酵启动慢，产气率低。

因此，为提高秸秆厌氧发酵的产气率,对秸秆进行预处理来分解复杂的晶体结构是有必要的。

国内外多项研究, 在氧发对,能有效提高秸秆在厌氧发酵中的水解效率和能源转化效率。

目前，秸秆预处理的方法主要有物理、化学、生物及联合预处理法。

物理预处理主要是减小物料粒径、改变其晶体结构，增加有效接触面积,提高降解效率。

化学预处理是利用化学物质浸泡使秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素的结晶结构因吸胀作用而破坏,将其中大分子物质溶解,提高降解效率。

生物预处理是利用微生物分泌的纤维素酶系降解木质纤维素的特征,达到预处理效果。

我国秸秆沼气预处理技术的研究及应用进展

我国秸秆沼气预处理技术的研究及应用进展发布时间：2021-07-28T10:31:12.763Z 来源：《基层建设》2021年第13期作者：胡兴珏[导读] 摘要：文章主要是分析了秸秆沼气预处理研究进展，在此基础上讲解了国秸秆预处理应用现状，望可以为有关人员提供到一定的参考和帮助。

杭州能源环境工程有限公司浙江杭州 310000摘要：文章主要是分析了秸秆沼气预处理研究进展，在此基础上讲解了国秸秆预处理应用现状，望可以为有关人员提供到一定的参考和帮助。

关键字：秸秆；沼气；厌氧发酵；预处理1、前言我国秸秆资源十分丰富，但由于其的利用率较低，发展秸秆沼气是能够有效提升到我国秸秆利用率的重要途径，也能够在一定程度上推动到我国沼气事业的发展。

但由于其自身的性质问题，在发酵过程中存在了许多的问题，为此文章对我国秸秆沼气预处理技术展开了研究和探讨。

2、秸秆沼气预处理研究进展2.1、物理预处理机械加工，高压预处理，辐射预处理等物理条件改变生物质吸管的特点，所以建议使用随后的发酵方法作为物理预处理。

机械加工方法和蒸汽爆炸方法是机械破碎或磨削，可以降低原料的粒径，增加原料和微生物之间的接触面积，损坏原料的硬细胞壁和晶体管，更容易制造原料通过微生物入侵和分解，蒸汽爆破法是瞬时蒸汽、温度和压力，使纤维材料在没有蒸汽的情况下突然释放，使纤维被隔离、分散、部分剥离，撕裂原材料的裂缝是小纤维，就像悬浮纤维一样爆炸该方法对生物质秸秆的三段含量有很好的影响，张发现，经过厌氧发酵后，压碎秸秆的表观产气率比未经处理的秸秆提高了17%。

Clarcs还发现，粉碎后的秸秆可以提高沼气的产量，其产气量比未经粉碎的秸秆增加了近20%，但在实际应用中，粉碎预处理的效果非常有限，因此经常使用其化学制品和生物预处理的用途，作为预处理的化学预处理和生物预处理方法，提高了整体预处理效果，研究发现粉碎的治疗效果优于粉碎，因为粉碎的物料内部结构也受到压力的破坏。

秸秆厌氧发酵条件优化的研究

秸秆厌氧发酵条件优化的研究随着人类对环境的日益重视和能源的不断紧缺，利用生物质资源进行生物能源的开发和利用已成为一种重要的途径。

秸秆作为一种丰富的生物质资源，在能源领域的利用也备受关注，其中厌氧发酵技术具有广泛的应用前景。

本文就以秸秆厌氧发酵条件优化的研究为题，探讨如何提高秸秆厌氧发酵产气量和发酵效率。

一、秸秆厌氧发酵的原理厌氧发酵是指在缺氧或极低氧气条件下，有机物被微生物分解为有机酸、酒精、氨等低分子化合物，并产生甲烷等气体。

秸秆是一种富含纤维素、半纤维素等多种碳水化合物的废弃物，可以通过厌氧发酵产生大量的甲烷，是一种优质的生物质能源。

二、秸秆厌氧发酵条件秸秆厌氧发酵的条件包括温度、pH值、C/N比和水分等。

其中，温度是影响厌氧发酵的最重要的因素，一般在35-55℃之间为最适温度，过高或过低均会影响发酵效率和产气量。

pH值一般在6.5-7.5之间为最适值，过高或过低均会对微生物的生长和代谢产生不良影响。

C/N比是指碳和氮的比值，一般在20-30之间为最适比例，过高或过低会影响发酵效率和产气量。

水分也是影响发酵效果的重要因素，一般以60-80%为最适水分，过高或过低均会影响微生物的生长和代谢。

三、秸秆厌氧发酵条件优化为了提高秸秆厌氧发酵的效果，可以从以下几个方面进行优化：1. 温度优化：在秸秆厌氧发酵的过程中，温度是影响发酵效果最重要的因素之一。

通过合理调节温度，可以提高发酵效率和产气量。

一般情况下，将温度控制在35-45℃之间，每隔一段时间调整一次温度，可以有效地提高发酵效果。

2. pH值优化：pH值是影响微生物生长和代谢的重要因素之一。

通过添加适量的pH缓冲剂，可以稳定pH值，提高发酵效果。

一般情况下，将pH值控制在6.5-7.5之间，可以获得最佳的发酵效果。

3. C/N比优化：C/N比是影响厌氧发酵过程的重要因素之一。

通过加入适量的氮源，可以提高C/N比，促进微生物的生长和代谢。

一般情况下，将C/N比控制在20-30之间，可以获得最佳的发酵效果。

秸秆厌氧发酵预处理技术研究进展_付嘉琪

能源研究与管理2018（4）综合论述收稿日期：2018-09-26基金项目：江西省重点研发计划项目（20171BBF60025）；江西省科学院重大科技专项（2016-YZD1-03）；江西省新能源发展专项（赣能综字[2014]248号）；国家自然科学基金项目（41807365）作者简介：付嘉琦（1989—），南昌人，助理研究员，硕士，毕业于武汉大学，环境科学专业，主要研究方向：环境科学与工程。

通信作者：夏嵩（1985—），南昌人，副研究员，博士，毕业于暨南大学，水生生物学专业，主要研究方向：生物质能源及藻类生物技术。

摘要：利用秸秆进行厌氧发酵产沼气，既能够实现秸秆的资源化利用、避免直接焚烧秸秆产生的环境问题，又提供了可替代传统化石燃料的清洁能源。

秸秆自身木质纤维素紧密的结构限制了秸秆的水解和厌氧消化，在厌氧发酵前对秸秆进行预处理十分必要。

介绍了多种秸秆厌氧发酵预处理技术，为开发更加优化高效的秸秆预处理工艺提供理论和技术基础，以期实现秸秆高效厌氧发酵产能。

关键词：秸秆；厌氧发酵；预处理中图分类号：X712文献标志码：A文章编号：1005－7676（2018）04－0021－03FU Jiaqi,FU Yinxuan,YAN Heng,XIA Song（Institute of Energy,Jiangxi Academy of Sciences,Nanchang,330096,China）The anaerobic digestion of straws can produce biogas,avoiding the environmental problems caused by direct strawsburning and providing an clean alternative for fossil energy.The compact structure of lignocellulose of straws may limit the hydrolysis and anaerobic digestion.Pretreatments of straws before anaerobic digestion are required.Various pretreatment methods of straws are introduced,providing theoretical and technical basis for developing more efficient pretreatments in order to realize the efficient capacity of anaerobic digestion ofstraws.straws;anaerobic digestion;pretreatment秸秆厌氧发酵预处理技术研究进展付嘉琦，付尹宣，晏恒，夏嵩（江西省科学院能源研究所，南昌330096）秸秆是水稻、小麦、玉米等成熟农作物籽实收获后的剩余部分，我国作为农业大国，每年产生数量巨大的秸秆。

生物预处理作物秸秆厌氧发酵产沼气研究

生物预处理作物秸秆厌氧发酵产沼气研究摘要：以提高秸秆厌氧发酵产气效率为目的，以小玉米、小麦秸秆为研究对象，通过菌种筛选及厌氧发酵产气研究，考察水解效果及产气效率，得到：添加尿素和微生物的水解效果最好、厌氧发酵过程的产气效率最高、产气中甲烷含量最高；只加微生物的次之；两者均未添加的最差。

结果表明，筛选的菌种对秸秆有较好的水解能力，能得到较高的产气量和较高品质的沼气。

1引言我国农作物秸秆的年产量约为6~7亿吨，列世界之首。

随着我国农作物单产的提高。

桔秆产量也将随之增加。

但目前我国桔秆的利用率较低，大量的农作物秸秆被农民视作毫无用处的“农村垃圾”，或被丢弃在田间地头，或将其付之一炬。

秸秆资源的露天燃烧，不仅浪费了这部分资源，还导致CO2，SO2等气体的排放，污染了空气。

2秸秆生物预处理实验研究分析2.1纤维素水解微物生的筛选与培养纤维素水解微生物主要是从市场购买得来，需要得到更优化的微生物，就必须对买来的微生物进行筛选，获得高效纤维素水解微生物。

主要采用肉膏蛋白胨培养基、高氏合成一号培养基、豆芽汁培养基、察氏培养基4种培养基进行培养。

2.1.1肉膏蛋白胨培养基肉膏蛋白胨培养基的成分及各种物质的含量见表1。

肉膏蛋白胨培养基的配制关键是牛肉膏的溶解，具体的配制方法如下：（1）按培养基配方比例依次准确地称取牛肉膏、蛋白胨、氯化钠放人烧杯中。

牛肉膏常用玻棒挑取，放在小烧杯或表面皿中称量，用热水溶化后例人烧杯。

也可放在称量纸上，称量后直接放人水中，然后立即取出纸片。

在上述烧杯中可先加人少于所需要的水量，用玻棒搅匀，然后在石棉网上加热使其溶解。

（2）待溶液冷至室温时，用1mol/L NaOH溶液调pH至7.2。

（3）待药品完全溶解后，补充水分到所需的总体积。

（4）加人所需要量的琼脂，加热融化，补充失水（液体培养不用此步骤）。

（5）高压蒸汽灭菌15min。

2.1.2高低合成一号培养基高氏合成一号培养基的成分及各种物质的含量见表2。

秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术研究进展

秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术研究进展秸秆类生物质是一种重要的农业废弃物资源，其在农业生产中的大量积累和处理方式已经成为亟待解决的环境问题。

同时，利用秸秆类生物质进行厌氧发酵补氢可以有效地减少温室气体排放、减轻环境污染，并能获得一定的经济效益。

目前，关于秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术的研究取得了一些进展。

首先，研究人员通过优化厌氧发酵工艺参数，如温度、酸碱度、C/N 比等，来提高秸秆类生物质厌氧发酵补氢的效果。

例如，研究表明，适宜的温度范围可以提高厌氧发酵产氢的速率和生物量，同时降低氢气产量的抑制。

其次，研究人员还尝试采用共发酵技术来提高秸秆类生物质厌氧发酵补氢的效率。

共发酵是将不同废弃物或生物质混合在一起进行发酵，以获得更高的产氢效率。

例如，将秸秆类生物质与食品废弃物一起进行发酵，可以提高产氢速率和产氢量。

此外，研究人员还通过添加不同的共代谢基质来提高秸秆类生物质厌氧发酵补氢的效果。

共代谢基质是在厌氧发酵过程中添加的辅助能源，可以提供额外的电子供给厌氧菌，从而提高产氢效率。

例如，添加蔗糖、乳酸等可以增加厌氧发酵产氢的速率和产氢量。

另外，研究人员还在厌氧发酵过程中添加一些调控因子，如菌种改良剂、微生物诱导剂等，来提高秸秆类生物质厌氧发酵补氢的效果。

这些调控因子可以增加厌氧菌的生长和代谢活性，从而提高产氢效率。

综上所述，秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术的研究已经取得了一些进展。

通过优化厌氧发酵工艺参数、采用共发酵技术、添加共代谢基质以及调控因子等手段，可以提高秸秆类生物质厌氧发酵补氢的效率和产氢量。

但是，目前该技术仍然存在一些问题，如操作复杂、生产成本高等，还需要进一步的研究和改进。

秸秆类生物质预处理技术研究进展

秸秆类生物质预处理技术研究进展摘要：秸秆类等生物质是重要的可再生资源，将其制取成燃料乙醇可有效解决当前日益严重的生态和能源问题，而预处理技术是其中制取成功的关键技术。

这项技术的不断完善可以不断提高秸秆类中木质纤维素的水解率，从而高效地制取出燃料乙醇，大大降低其生产成本。

笔者从预处理关键技术的出发，通过对国内外最新研究进展的分析，对物理法、物理-化学法、化学法和生物法这四种技术的处理效果进行了综述，并对秸秆类生物质预处理技术的发展提出了展望与建议。

随着社会的发展，能源问题日益严重，使得人们开始寻求新型清洁的可再生资源来代替传统的化石能源，生物质资源便成为其中热门一项。

而农作物秸秆作为世界上最简单易得、产量最大的生物质资源，吸引了无数研究者的目光。

我国秸秆资源虽然十分丰富，但利用率却很低，大量秸秆无法被有效回收，只能就地焚烧，造成了环境污染和资源浪费。

通过将秸秆制成燃料乙醇可以有效缓解这些问题。

秸秆预处理技术通过对秸秆中木质纤维素进行水解来制备燃料乙醇。

如今，预处理技术的不断完善，已经从单一的方法，变为复合法，大大提高了木质纤维素的水解率与燃料乙醇的生产效率。

目前世界上主要有四种预处理方法：物理法、生物法、化学法、物理-化学法。

1物理法现在，对玉米秸秆类型的生物质物理处理主要手段有：机械粉碎（精磨）、微波处理、高能辐射等。

这些方法都是为了增大木质纤维素的比表面积，减小颗粒尺寸，降低聚合度，以提高其与生物酶的反应活性。

1.1机械粉碎机械粉碎是通过机械作用力将木质纤维素变成0.2~2mm的颗粒，机械粉碎的设备和方式有很多，如刀式粉碎、盘式粉碎、蒸汽粉碎以及球磨粉碎等。

Hideno等[1]的研究结果表明利用湿法粉碎和球磨粉碎的方法能够使水稻秸秆的酶解葡萄糖产率提升到78.5%和89.4%。

Zheng等[2]改进螺杆挤压法，在螺杆挤压碱处理过后的玉米秸秆时，将挤压机内的螺杆元件替换成反向元件，可以有效地去除木质素，他们通过调整机械元件的位置，达到一种组合，去除木质素的效率高于现在使用的大多数化学方法。

稻草秸秆水解(厌氧发酵)

硫酸浓度—还原糖产率曲线 25 还原糖产率（ %） 20 15 10 5 0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 硫酸质量分数 30% 35% 40%
反应温度的影响
• 在液固比为1 ：30 的条件下，所用原料预处理物，于电热套上进行搅拌水解反应36h。 • 试验结果如右图：
主要仪器的表征条件
以DNS作为显色剂, 利用紫外-可见分光光度计在200～800nm 范围内对DNS-葡萄糖溶液进行扫描，得准曲线
•
1 在NaOH和丙三醇存下， 0.9 3,5-二硝基水杨酸（DNS） 0.8 与还原糖共热后被还原成氨 0.7 基化合物，呈橘红色。在 0.6 510 nm波长处有最大吸收， 0.5 0.4 在一定的浓度范围内还原糖 0.3 的量与光吸收值呈线性关系， 0.2 利用比色法可测定样品中的 0.1 0 含糖量。 0 • 标准曲线如右图：
60℃20%硫酸1：30液固比条件下水解时间-产率曲线 30 还原糖产率（ %） 25 20 15
10 5 0 0 10 20 30 40 50 时间(h) 60 70 80 90 100
酸浓度的影响
• 在液固比为1:30 的条件下，所用原料为预处理物，在 60℃的水浴锅内无搅拌进行反应36 h。 • 试验结果如右图：
电热套搅拌 36小时20%硫酸1：30液固比温度-还原糖产率曲线 14 还原糖产率（ %） 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 温度（℃） 60 70 80 90
正交试验及数据分析
试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 k1 k2 k3 R A水解时间/h 水解时间/h 24 24 24 36 36 36 48 48 48 68.28 66.28 52.75 22.76 22.09 17.58 5.18 B硫酸浓度 20% 25% 30% 20% 25% 30% 20% 25% 30% 53.84 66.91 66.56 17.59 22.30 22.19 4.35 C水解温度/g 水解温度/g 50 60 70 60 70 50 70 50 60 53.91 57.65 75.75 17.97 19.22 25.25 6.03 预处理物/g 预处理物/g 1.678 1.669 1.674 1.675 1.679 1.678 1.675 1.676 1.679 吸光度Abs 吸光度Abs 0.301 0.643 0.779 0.503 0.579 0.595 0.557 0.468 0.309 还原糖产率/% 还原糖产率/% 11.89 25.54 30.85 19.91 22.86 23.51 22.04 18.51 12.20

秸秆预处理技术研究

干黄秸秆厌氧发酵预处理技术我国是农业大国，每年产生的农作物干黄秸秆高达9亿多吨，其中主要以稻杆、麦秆和玉米秆为主。

除了用作畜禽饲料和造纸原料外，在农村地区，焚烧和还田是秸秆常用的处理方式，但由于秸秆还田需粉碎、深耕等操作才能发挥效应，既费工费时，又为农业生产增加额外成本，因此秸秆焚烧成为农户方便经济的选择。

秸秆焚烧不仅是资源的巨大浪费，而且在焚烧过程中会产生大量的固体颗粒物和氮氧化物、二氧化硫等有毒有害物质，逸散到大气环境中，造成严重的环境污染，影响人体身心健康。

与发达国家相比，我国对秸秆的资源化综合利用仍处于初级阶段，技术基础相对薄弱，产业化程度低，农业农村部提出，全国秸秆综合利用率要在2020年力争达到85%以上，因此，实现秸秆的资源化和能源化高效利用是形势所迫，也是大势所趋，对促进国民经济的可持续发展和生态环境的改善具有重要意义。

生物质能作为一种重要的可再生清洁新型能源，相关技术的研发、应用和发展受到国家的大力鼓励和重点支持。

秸秆作为生物质能源的重要组成部分，来源广泛，产量巨大，利用其进行厌氧发酵生产沼气不仅可以从根本上解决秸秆焚烧带来的环境污染问题，保护农村生态环境，而且可以解决由于发酵原料供应不足导致的沼气工程闲置的问题，实现秸秆的资源化高效高质利用，缓解目前能源紧张的局势。

秸秆发酵技术逐渐成为秸秆全量综合利用的研究热点，成为关系生物质能源技术应用和生态环境保护的重要课题，具有巨大的开发潜力和研究意义。

秸秆的主要成分是木质素、纤维素和半纤维素，由于木质素的包裹作用、与半纤维素共价结合形成的空间障碍效应，纤维素的高结晶度和聚合度，使秸秆形成了表层植物蜡质、致密结构，在厌氧发酵过程中难以被微生物降解，造成厌氧发酵系统启动慢、发酵时间长、发酵不完全、产气量低等问题[2, 3]。

因此对秸秆进行必要的预处理，将其复杂的致密结构破坏是解决目前秸秆利用率低、发酵系统运行不稳定的关键，是提高后续厌氧发酵和产气效率的有效手段[4]。

秸秆预处理的最新研究进展

摘要：秸秆预处理是影响秸秆发酵制取乙醇工业化的关键因素。文章较详细地综
述了近年国内外主要的木质纤维素预处理方法，并展望了木质纤维素制取乙醇的发
展前景。
关键词：秸秆；预处理；非粮乙醇；木质纤维素
中图分类号：TS721
文献标识码：A
当今世界，随着全球经济的快速发展，以石油、煤炭为代表的黑金资源的日益枯竭，以及各国需求量的增加，仅仅靠化石能源已不能满足发展的需要。特别是中国，作为世界第二大石油进口国，迫切需要寻找到一种石油的替代品。而燃料乙醇的出现使世界上的能源消耗大国找到了目标。但是由于乙醇的生产成本始终居高不下，使得燃料乙醇这种绿金能源难以得到广泛的应用。目前，纤维素制取乙醇是解决乙醇成本高的重要途径，而秸秆作为一种来源广泛、资源丰富的生物质资源，是纤维素乙醇发酵原材料的代表，普遍受到各国的青睐。但是秸秆预处理技术的不成熟成为了限制秸秆高值化利用的瓶颈。国内外研究者始终没有放弃过这方面的尝试，虽然已取得了很大的进步，但终究还没有实现工业化，打破常规思想、实现质的突破对未来非粮乙醇的应用具有重要的意义。
1.7 稀酸或碱处理酸碱处理并不是新奇的方法，它是木质纤维素预处理最早、研究得最深入的方法，直到
现在人们还没有放弃对它的研究，特别是与其他方法的结合使用，处理效果好，更适合工业化。美国的NREL开发的稀酸预处理——酶解发酵工艺已成为纤维素生产酒精中试中比较成熟的工艺之一。秸秆经研磨后加入到预处理反应器，在 190℃和 1.1%硫酸中，约有 90%的半纤维素转化为木糖。从反应器出来的物质经冷却、分离，液体部分加过量石灰除去发酵抑制物；然后加入纤维素酶进行酶解，取得了比较好的效果[18]。国内的河南天冠集团于 2006 年 6 月 26 日建成投产了我国首条秸秆乙醇中试生产线，年产 300 t，采用稀酸酶法处理秸秆， 6 t麦秸可生产 1 t乙醇。

农作物秸秆两相厌氧发酵工艺研究进展

ｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅａｂｏｕｔｔｈｅｔｗｏ－ｐｈａｇｅａｎａｅｒｏｂｉｃｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｍｃｅｓｓｉｎｔｈｅｓｔｒａｗｓｐｒｅｔｒｅａｔ－ｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｎｄａｃｉｄｏｇｅｎｅｓｉｓ，
Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｔｗｏ—ｐｈａｓｅａｎａｅｒｏｂｉｃｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｆ｜ｏｒ
ｃｒｏＰｓｔｒａＷＳ
ＢＩＡＮＹｏｎｇ—ｃａｎｌ，ＫＯＵＷｅｉ２。ＬＩＳｈｉ—ｍｉ２。ＺＨＡＮＧＤａ—ｌｅｉ２（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｌｅａｎＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇｌ１０１３６，Ｃｈｉｎａ；２．ＬｉａｏｎｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｅｒｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ，ＹｉｎｇｋＯＲ１１５０００，Ｃｈｉｎａ）
表ｌ产酸相与产甲垸相的差异Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆａｅｉｄｏｇｅｎｉｃｐｈａｓｅａｎｄ
ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｃｐｈａｓｅ
指标产酸相
最小倍增时间，ｄ
约０．５
对氧反应不敏感
毳霜篇詈：敏感～。
烷相４．８（杆菌）
温度
ｐＨ
Ｅｈ
ＶＦＡ
℃
ｍＶ
ｇ／Ｌ
３０一４０４．ｍ４．５ｌＯＯ一一１００２０～４０
通讯作者：张大雷（１９６３－），男，博士．研究员，博士研究生导师，从事生物质能技术研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄａｌｅｉｚｈａｎｇ＠１６３．哪