稻草秸秆水解(厌氧发酵)
秸秆厌氧干发酵产沼气的研究
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图４秸秆日产气量及累计产气量 新能源产业 ２５
科学研究
３．结论 经试验测定，在温度３８℃、没有经过预处理高浓 度发酵的条件下，玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的 ＴＳ产气率分别为４１３ｍｌ／ｇ、３３６ｍＩ／ｇ、３３３ｍＩ／ｇ、２２２ｍｌ／ ｇ，而ＶＳ产气率分别为４７０ｍＩ／ｇ、３８７ｍＩ／ｇ、４２６ｍＩ／ｇ、 ２４１ｍＩ／ｇ；玉米秸、稻草、烟叶杆和木薯杆都是高浓度
用。同时也适合于相关专业的学生和从事农业生产经营管理的人员阅读参考。
该书已由中国农业出版社出版，定价为３０元．邮寄另加１５％邮寄费。
联系人：刘伟 电话：０１０—５９１９４９３３ １３５０１０７８０７８
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邮编：１００１２５
科学研究
秸秆厌萤干发酵 产沼与 的研 皇九℃
陈智远姚建刚 杭州能源环境工程有限公司
摘要：本试验以玉米秸、稻草、烟叶杆、木薯杆为代表的秸秆作为原料，在温度３８＂Ｃ，采用批量发酵 工艺进行高浓度厌氧发酵产气研究。试验结果表明，玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的Ｔｓ产气 率分别为４１３ｍｌ／ｇ、３３０ｎ１／ｇ、３３３ｍ］／ｇ、２２２ｍ１／ｇ，而ｖｓ产气率分别为４７０ｍ１／ｇ、３８７ｍｌ／ｇ、４２６Ｔｌｌ／ｇ、２４１ｍ１／ｕ。
玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆在发酵启动１５天的 累计产气量占总产气量分别为６０．９％、４２．４％、５１．８％ 和７３％：在发酵３０天时累计产气量占总产气量的７８．１％、 ６５．８％、６９．１％和８３．２％；而在发酵６０天时累计产气量 占总产气量的９２．６％、８５．９％、９０．６％和９５．５％；表明四 种秸秆在发酵进行６０天时，原料中的能够发酵的物质大 部分转化为沼气。１０００９污泥空白在整个试验过程中累 计产气量为８９７４ｍＩ；按比例去除污泥空白的产气量， 玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的净累计产气量分别为 ３４７８２ｍｌ、２９０５０ｍＩ、２９２６３ｍｌ和５３０５ｍＩ。玉米秸、稻 草、烟叶杆及木薯杆的ＴＳ产气率分别为４１ ３ｍ Ｉ／ｇ、３３６ ｍＩ／ｇ、３３３ ｍＩ／ｇ、２２２ｍＩ／ｇ。而ＶＳ产气率分别为４７０ｍｌ／ ｇ、３８７ｍｌ／ｇ、４２６ｍｌ／ｇ、２４１ ｍｌ／ｇ。
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。
稻草秸秆厌氧发酵产沼气研究
稻草秸秆厌氧发酵产沼气研究稻草和秸秆是农作物产生的剩余物质，其潜在的能源价值一直备受关注。
其中，厌氧发酵是一种能够将这些生物质转化为沼气的有效方式。
本文将就稻草和秸秆的厌氧发酵产沼气研究展开讨论。
首先，稻草和秸秆的厌氧发酵是指在缺氧的环境下，利用厌氧细菌将有机物质转化为沼气的过程。
这些有机物质在发酵过程中被分解成沼气的主要成分，包括甲烷和二氧化碳。
沼气不仅具有高热值，可以被用作燃料，还可以用作发电或供暖。
然而，稻草和秸秆作为厌氧发酵的底物也存在一些挑战。
首先，其纤维素和半纤维素的含量较高，这使得生物降解变得困难。
这需要通过物理或生物方法来打破纤维素和半纤维素的结构，以提高底物的降解效率。
其次，底物中氮和硫的含量也较高，这会导致底物中产生硫化氢等有毒气体。
因此，必须控制好底物的氮硫平衡，以保证发酵反应的顺利进行。
在稻草和秸秆的厌氧发酵过程中，如何提高产沼气效率也是一个重要问题。
一种常用的方法是通过混合底物来提高发酵效果。
例如，将稻草和秸秆与家畜粪便等高产沼气底物进行混合，可以提供更丰富的养分和菌群，从而促进发酵反应。
此外，添加一些辅助材料，如酶或微生物，也可以加速底物的降解，提高产沼气效率。
最后，稻草和秸秆的厌氧发酵产沼气研究在实际应用上也具有重要意义。
中国是一个农业大国，农作物剩余物质的处理一直是一个难题。
利用稻草和秸秆产沼气既能解决废弃物的处理问题，又能提供可再生能源，实现农业废弃物的资源化利用。
因此，稻草和秸秆的厌氧发酵研究不仅有理论意义，也有实际应用价值。
综上所述，稻草和秸秆的厌氧发酵产沼气研究是一个具有潜力和挑战的领域。
通过加强对底物特性和发酵机理的研究，探索合适的发酵条件和方法，可以实现农作物剩余物质的高效转化和能源利用。
这将有助于解决农业废弃物处理问题，推动可持续能源发展。
不同作物秸秆厌氧发酵产沼气试验研究
不同作物秸秆厌氧发酵产沼气试验研究本文通过对我国不同作物秸秆厌氧发酵进行试验分析，并且得出一些结论，期望能对沼气试验的效果有一定的促进作用。
标签：作物秸秆；厌氧发酵；沼氣；试验引言：遗留田间的农业废弃物秸秆必须进行处理和利用，才不至于影响下一季春播，由于秸秆的产量很大，大量的秸秆若不能及时处理，只好在播种前采取就地焚烧的应急措施集中处置，会产生大量浓烟，使尘埃量积聚，雾霾天越来越多，严重污染周边卫生和破坏生存环境，影响人们的身心健康。
目前，处理秸秆的方法有许多种，加工成碳棒作燃料、生产秸秆乙醇、发电以及发酵气化作为生物质能源等。
本文主要研究将秸秆生物气化为沼气的规模化生产试验研究，以解决农村清洁能源短缺的难题。
一、厌氧消化技术概述厌氧发酵是对作物秸秆采取有效利用、实现废弃物秸秆无害化的有效方法。
消化的过程可以采取人员进行控制，加速微生物对有机物的降解，使得有机物无害化。
还可以通过将有机物降解脱除产生沼气，实现资源的可利用化。
废弃物秸秆厌氧发酵技术就是在没有溶解氧和硝酸盐氮的环境之下，在通过微生物将有机物进行降解生成沼气的主要成分，并且结合成新物质的化学过程。
二、材料与方法（一）实验材料接种物采用厌氧活性污泥，取自附近的污水处理厂，经离心处理得到浓缩污泥，TS为12.98%、VS为35.78%（基于TS）。
实验底物为风干玉米秸秆，TS为81.70%、VS为88.40%（基于TS），经切碎备用。
（二）实验方法1.湿式发酵。
湿式完全混合厌氧消化工艺是最早利用的。
这种工艺的固体浓度要保证在一定的浓度之下，其液化、酸化和产气不同阶段都是在一个反应器内进行的，其施工工艺简单、易于操作、管理方便的有点。
湿式发酵按照接种物与底物比例（VS 比例）为1：2混合加入250ml厌氧发酵瓶中，采用厌氧发酵的基础培养。
配制底物秸秆的TS浓度为4%，工作体积为100ml，利用碱液调节发酵混合物的pH 值至7.5。
采用CO2（20%）和N2（80%）混合气曝气5min，然后用橡胶塞和铝制封口压盖密封，将厌氧发酵瓶放于水浴振荡培养箱中培养，设置温度37℃、转速150r·min。
微生物降解秸秆的原理是
微生物降解秸秆的原理是秸秆是指农作物收获后剩余的茎秆、叶片等农作物植物体的残留物。
它包含丰富的有机物质，主要是纤维素、半纤维素和木质素等聚合物。
这些聚合物的结构复杂，不易被一般条件下的生物降解。
在厌氧阶段，厌氧微生物通过产生一系列酶来分解秸秆中的有机物质。
首先，产生的外源酶，如纤维素酶和半纤维素酶，作用于秸秆的主要组分纤维素和半纤维素，将其切割成较小的多糖和寡糖。
然后，这些多糖和寡糖被微生物细胞上的内源酶作用，进一步降解成单糖和其他简单的有机酸、气体等。
这些产生的有机物质在好氧阶段进一步被微生物降解。
好氧微生物利用这些有机物质作为能源和碳源进行生长和代谢。
它们通过产生酶将有机物质转化为更简单的物质，如二氧化碳、水和无机盐等。
同时，这些好氧微生物也会产生热量，从而促进降解过程。
微生物降解秸秆的过程中，不同类型的微生物起着不同的作用。
例如，厌氧产气菌能够分解半纤维素和木质素，产生甲烷等气体。
厌氧消化细菌能够分解纤维素，产生乙酸和氢气等。
而好氧菌则能够利用这些产物进一步降解，产生二氧化碳和水等无害物质。
微生物降解秸秆的速度和效果受到多个因素的影响。
首先，秸秆的化学成分和结构决定了其降解的难易程度。
纤维素和半纤维素之间的连接性以及木质素的稳定性都会影响微生物降解的效果。
此外，环境条件也十分重要，如温度、湿度、氧气含量等均会影响微生物的生长和活性。
因此，为了更好地利用微生物降解秸秆，可以通过控制环境条件、优化微生物群体以及调整降解过程中产生的酶等手段来提高降解效果。
此外，还可以利用生物技术等手段来改良秸秆的结构，提高其可降解性。
这将有助于解决秸秆处理的问题，降低自然环境和人类生活的负面影响，同时还能有效利用秸秆资源。
稻秆NaOH预处理及厌氧发酵产沼气的试验研究
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沼气 发 酵 消化 效 率 、 气 量 和 Ｃ Ｄ去 除 率 情 况 ， 产 Ｏ 为稻 草秸 秆沼 气发 酵 技术 的发展 提 供科 学 参 考 。
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厌氧发酵实习报告
厌氧发酵实习报告
一、实习目的
1. 了解厌氧发酵的原理和过程。
2. 掌握厌氧发酵实验操作方法。
3. 观察并分析厌氧发酵的产物。
二、实验原理
厌氧发酵是在缺氧条件下,由特定的微生物对有机物进行分解的过程。
主要分为四个阶段:水解、酸化、醋酸发酵和甲烷发酵。
有机物首先被水解为小分子,然后经过酸化作用产生挥发性脂肪酸,最后经过醋酸发酵和甲烷发酵生成甲烷和二氧化碳。
三、实验步骤
1. 准备实验材料:厌氧发酵装置、基质(如秸秆、粪便等)、种子污泥、氢氧化钠等。
2. 组装厌氧发酵反应器,加入基质和种子污泥,充分混匀。
3. 密封反应器,排除空气,创造厌氧环境。
4. 控制温度在35-37°C,促进微生物发酵。
5. 定期检测并记录产气量、pH值等参数。
6. 收集并分析产气成分(甲烷、二氧化碳等)。
四、实验结果与分析
1. 产气量随时间呈现先增加后趋于平稳的趋势。
2. pH值在发酵初期有所下降,后期趋于中性。
3. 产气主要成分为甲烷和二氧化碳,占比约为60%和40%。
4. 剩余固体可作为有机肥料利用。
五、实习体会
通过本次实习,我对厌氧发酵原理和过程有了更深入的理解。
掌握了相关实验操作技能,并亲自观察了发酵过程中的各种现象。
厌氧发酵不仅可以实现有机废弃物的资源化利用,还能产生可再生能源甲烷,具有重要的环境和经济价值。
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。
农作物秸秆厌氧发酵处理方法
农作物秸秆厌氧发酵处理方法
农作物秸秆厌氧发酵处理方法主要包括以下几个步骤：
1. 收集和准备秸秆：将庄稼收割后的秸秆收集起来，并进行处理，如去除杂质、碎切等。
2. 调整发酵料的水分含量：将秸秆与其他有机物料（如动物粪便、厨余垃圾等）混合，调整料堆的水分含量，通常保持在50%-60%之间，以保证发酵过程中产生的微生物能够正常生长和繁殖。
3. 堆肥料堆：将调整好水分含量的发酵料堆放入堆肥场或堆肥堆中，形成合适的堆形和大小，通风良好以便有氧发酵。
4. 加入活性菌剂：在堆肥料堆中加入发酵菌剂，也可以根据需要添加其他增殖剂或调节剂，以提高发酵效率。
5. 保持适宜的温度：在堆肥发酵过程中，需要控制合适的温度，一般保持在45℃-60℃之间，过高或过低的温度都会影响发酵
效果。
6. 定期翻堆：在发酵过程中，需定期进行翻堆，以提供氧气，促进微生物的活动和更新，加快发酵速度。
7. 发酵结束和成熟：经过一段时间（通常为数周至数月），发酵过程完成，堆肥转变成为完全分解和稳定的有机质，即成熟堆肥。
通过以上步骤，农作物秸秆可以得到有效处理和利用，产生有机肥料，减少环境污染和资源浪费。
同时，厌氧发酵过程中产生的沼气也可以用作能源利用。
稻草秸秆厌氧干发酵产沼气的工艺参数优化
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关 键词 ： 稻草秸秆 ； 沼气发酵； 工艺参数优化
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秸秆三化处理方法及注意事项
秸秆三化处理方法及注意事项随着农业科技的发展以及人们对环境保护的重视，“秸秆三化”的概念越来越受到重视，并成为当今中国农业发展的重要方向。
因此，了解“秸秆三化”处理方法及注意事项，对我们农业的可持续发展、环境的保护与改善有着极为重要的意义。
一、秸秆三化是什么秸秆三化是指对农田秸秆的“秸秆综合利用、污染防治和贮存处理”总称。
“秸秆综合利用”是指将农田秸秆利用于烟草、能源、肥料、木材等多种产业，以及植物蛋白等高价值成分的提取；“污染防治”是指秸秆燃烧会产生有害气体及悬浮颗粒物，需要通过合理的控制燃烧技术来消除污染；“贮存处理”是指农田秸秆分类贮存，让农田秸秆在农业用地上进行有效的分布。
二、秸秆三化处理方法1.秸秆综合利用：利用农田秸秆综合利用，包括以下几种常见的处理方法：（1）秸秆发电：秸秆发电是一种强大的太阳能发电方式，通过将农田秸秆以点火燃烧的方式把热能转换成电能。
秸秆发电的优点是可再生能源，缺点是温室气体排放会比煤炭发电量更多。
（2）秸秆厌氧发酵：秸秆厌氧发酵是指将秸秆利用厌氧发酵工艺来生产沼气。
秸秆厌氧发酵能够产生大量沼气，可以满足居民日常生活及工业用气，同时也可以减少空气污染。
（3）秸秆生物质发酵：秸秆生物质发酵技术利用秸秆中的有机物产生沼气，并将副产生的有机肥料和水分折返作物地，可以有效减少农田秸秆的积累，减少空气污染和土壤污染。
2.污染防治：由于农田秸秆燃烧会产生大量的有毒气体和悬浮颗粒物，有可能给环境带来污染。
因此，应采取合理的控制燃烧技术，限制有害气体和悬浮颗粒物的排放，以减少污染。
3.贮存处理：农田秸秆贮存处理也是一种重要的秸秆三化处理方法，主要是利用农作物成长期、播种前和收割后的农作物秸秆技术，对其秸秆进行分类贮存，构成秸秆在农田上的有效分布。
三、秸秆三化处理注意事项1.秸秆综合利用：在秸秆综合利用时，应尽量采取现代技术，并建立完善的技术操作制度，以有效降低秸秆燃烧时产生的污染物；2.污染防治：在秸秆燃烧处理时，应定期进行污染物监测，采取应急措施，防止污染物的排放；3.贮存处理：秸秆贮存处理需要建立严格的分类贮存系统，以确保不影响作物的正常生长；4.安全措施：秸秆燃烧安全措施的制定和实施，是秸秆燃烧处理不能忽视的问题，它要求在秸秆燃烧过程中应注意保证安全，避免火灾等安全事故发生。
秸秆厌氧发酵制氢产气量提高
氢产量为 66.9 毫克/克。
科研人员人员研究了三种预处理方法对产
回首萧瑟处，处处皆有情情，情书画不成，心中常忧叹
生可溶性糖类（SS）和 H2 的影响：稀酸预处理，
可溶性糖类和 H2 的产率大大取决于酸的类型和 酸的浓度；酸-酶耦合预处理：厌氧气氛有助于
谷物秸秆进；固体生物预处理：通过 生成乳酸实现生物预处理过程，对于谷物秸秆生
回首萧瑟处，处处皆有情情，情书画不成，心中常忧叹
物预处理，微生物添加剂负荷大大影响 SS 和乳
酸产率。
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。
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郑州大学的研究人员于 6 月 27 日宣布，他
们采用经预处理的谷物秸秆生物质，通过利用较 少的大熊猫粪便作为产氢细菌源，经混合培养，
可提高氢气生产量。
我国每年产生天然纤维素生物质超过 7 亿
回首萧瑟处，处处皆有情情，情书画不成，心中常忧叹
吨，其中，谷物秸秆数量约为 2.2 亿吨。郑州大
学的研究表明，在用酶处理过的谷物秸秆二段工 艺过程中，纤维素乙醇产量为 234.1 毫克/克，
微生物降解秸秆形成饲料的研究
微生物降解秸秆形成饲料的研究发布时间：2021-04-26T09:49:17.493Z 来源：《科学与技术》2021年第3期作者：邓艳芹汪坤乾梁翰邱收[导读] 本实验以稻草秸秆为研究对象进行预处理。
邓艳芹汪坤乾梁翰邱收武汉农业检测中心，430016摘要：本实验以稻草秸秆为研究对象进行预处理。
以不加外源菌为对照，按0.1%的添加量加入不同微生物菌种（纤维素A菌、纤维素B 菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌）对其进行发酵培养。
检测各体系中蛋白质含量，评价菌株添加处理对秸秆发酵的影响。
结果发现添加外源菌能提升蛋白质含量，且降解秸秆的最佳微生物菌种是纤维素菌。
关键词：秸秆；饲料；纤维素降解菌1.引言生物质资源是太阳能的一种转化形式，是一种可更新的有机质，其储存的大量能量是植物进行光合作用的结果。
在中国,每年秸秆产量为6亿吨左右，其中作为生活燃料和饲料的比例日益减少，致使很多秸秆被露天焚烧。
实际上，秸秆是一种很好的生物质能源，微生物分解秸秆具有广阔前景[1]。
农作物秸秆是生物质能的重要组成部分，拥有地球上50%以上的生物质能。
微生物发酵、酶解等生物处理法，能较大幅度地提高秸秆饲料的营养价值，从根本上解决了粗纤维不能转化为可消化养分的问题。
经过微生物处理，不仅使草食动物能大量地利用秸秆代替部分精料，而且降低了饲料生产污染，提高了效益。
微生物法处理秸秆已成为目前开发利用农作物秸秆的主攻方向。
2 方法2.1 微生物的分离及培养从牛粪中分离到两株纤维素降解菌，分离方法见文献[2-3]。
芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌来自于实验室储备菌株，其培养方法参照文献[4-5]。
2.2 秸秆的处理方法秸秆风干剪碎（3-5cm）置于封口塑料袋中，每袋装120g，加入NaOH和水（每公斤秸秆加入45 g NaOH和400 g水）。
将塑料袋置于35℃，碱处理3天后，添加乙酸进行酸碱中和后（pH调整为中性）。
在第4天添加外援菌到堆肥体系中。
分为六组体系：添加枯草芽孢杆菌、加纤维素A菌、加纤维素B菌、加酵母菌、加乳酸菌以及不加菌。
秸秆厌氧干发酵产沼气关键技术及问题探讨(3)
万方数据
笙兰塑
１
查堡奎篁！堕堑垦塞！垄壁兰望皇茎壁垫查墨塑望堡堕
园
厌氧干发酵特点
生物质发酵类型根据原料发酵过程中氧气状况，
但仍然存在装备结构复杂、投资偏高，操作复杂，刚 性的反应器产气结束时必须用二氧化碳置换反应器 中的沼气等问题【ｍ川。 ２．２国内沼气干法发酵技术 我国从２０世纪８０年代起开始了户用沼气干发酵 研究，取得了一定的成果。叶森等人研究自动排料沼气 干发酵装置和相应的半连续干发酵工艺，马云瑞等人 研制了分离储气恒压干发酵池。康恒德发明了小型高 效稳压式自动漫渗滤干发酵沼气池。我国开展大中型 沼气干发酵技术研究是于２１世纪初开始的。现在仍处 于中试研究阶段。甘如海旧等自行设计了卧式螺带式
２０１１年第４期 总第２３６期
巾同农机化
Ｃｈｉｎｅｓｅ
Ａ酣ｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚ撕ｏｎ
Ｎｏ．４．２０１１ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２３６
秸秆厌氧干发酵产沼气关键技术及问题探讨
朱德文１，曹成茂２，陈永生１，李瑞容１，曲浩丽，
（１．农业部南京农业机械化研究所，南京，２１００１４；２．安徽农业大学工学院，合肥，２３００３６）
等化石能源紧缺危机的加剧及由此引起的环境污染 问题。很多国家都越来越重视可再生能源的重要地位 和作用，不惜投入巨资，研究开发新的可再生能源技 术．努力提高可再生能源在整个能源所占份额，以减 轻对石油、煤炭等不可再生能源的依赖Ｉｌ＇２】。我国是世 界上可再生能源原料产出量最大的国家，每年农业固 体废弃物产量大约４０多亿ｔ，其中畜禽粪便３０亿ｔ， 农作物秸秆７亿多ｔ，蔬菜废弃物１—１．５亿ｔ。乡镇生 活垃圾和人粪便２．５亿ｔ，这些废弃物既是宝贵资源， 又是严重污染源。若不经有效地处理，将会严重污染 人类赖以生存的环境刚。在当前煤、电、液化气等不断 向农村普及的情况下，加快发展秸秆沼气，对于减轻 农村地区对煤、电、液化气等不可再生能源的消耗和 依赖．缓解我国的能源消费压力。我国是一个经济迅 速发展的国家，面临着经济增长和环境保护的双重压 力，正在开展的规模庞大社会主义新农村建设，要求 农村在能源和环境两方面取得突破，通过沼气发酵获 取生物能源是农作物秸秆的资源化利用一条非常有
华南地区稻草的厌氧干发酵制取沼气研究
果以及华 南地区的气候条件 ， 进行 了常温 １ ３ 罐试 实验。瓶 试实验结 果表 明在 ３ ￣条 件下秸 秆干发 酵较为稳定 ， ｍ ５Ｃ 具有较高 的产气率 、 产甲烷 率及沼气 质量。１ ３ 试实验在常温条件下运行 ８ｄ 累积产气量 ２ ．ｍ ， 罐 ｍ ９， ２６ ３且前 ４ ｄ的累 ５ 积产气量约 占总产气量的 ８ ．％。发 酵原 料产气率 为 ５０ＬｋＶ ， 甲烷 率为 ２０ＬｋＶ ， ０４ ７ ／ｇ Ｓ 产 ４ ／ｇ Ｓ 甲烷 百分含量 最高可达 ６ ％。从 ｐ ２ Ｈ值 、 产气量和 甲烷百分含量来看 ， 整个发酵 过程均 为正常发 酵。通过循 环发酵液 的罐试 实验表 明 ， 发 酵液的循环能有效避免酸 中毒并提高产气率和产 甲烷率 ， 对稻草干发酵而言 ， 循环 发酵液是 一种较好 的搅拌 方式。 该工艺可为华南地 区稻草秸秆 的资源化利用提供依 据。
干 发酵罐试 实 验 ， 该 技 术 在 农 村 的 广泛 应 用 提供 为
依据。
ｌ 支 撑 组 件 ２ 椭 圆形 封 头 ３ 网 孔 板 组 件 ４ 热 水 ｜ ． ． ． 入 口 ５ 内筒 体 ６ 测 温孔 ７ 外 筒 体 ８ 热 水 出 口 ９ ． ． ． ． ．
压 力 表 ｌ ． 料 口 １． 兰 组 件 ｌ． 滤 液 人 口 Ｏ进 １法 ２渗
２ｏ 的锥形瓶组成。抽滤瓶作为厌氧发酵罐 ， ． Ｌ 其中一 个锥形 瓶 作 为 沼 气 集 气 瓶 ， 一个 锥 形 瓶 作 为集 水 另
收 稿 日期 ：２０－２２ ０６１－ ９ 基金项 目：农业部科技教育司资助项 目（ｏ ２）
图 １ 罐 试沼气 干发 酵装置图
Ｆｇ １ Ｓ ｔｐ ｏ ａ ａ ｒｂ ｃｄ ｇ ｓ ｏ ｉ ． ｅｕ ｆｄ ｎ ｅｏ ｉ ｉｅ ｔ ｎ ｉ
稻草秸秆水解(厌氧发酵)
•
极差R大小可以看出，对酸解稻草制还 原糖影响的因素大小依次为C>A>B,即水解 温度>反应时间>硫酸浓度。 • 正交试验判定的最佳酸解条件为A1B3C3, 即采用质量分数为30 % H2SO4反应温度为70 ℃，水解时间为24 h，还原糖产率可达到 30.85 %。
结
•
论
探讨了稻草秸秆预处理物的稀H2SO4 酸解制备还原糖 的条件，重点研究了酸浓度、酸解温度和酸解时间等因素 对还原糖产率的影响。分别得到酸浓度，酸解温度，酸解 时间三因素的三个水平为 20 %，25 %，30 %；50 ℃，60 ℃，70 ℃；24 h，36 h，48 h。 采用三因素三水平正交实验，以总还原糖产率为考察 指标，对实验结果进行极差分析，结果表明硫酸质量分数 30 %，水解温度70 ℃，水解时间24 h为稀H2SO4 酸解稻草 预处理物的最适宜的工艺条件，此时获得的还原糖的最大 产率为30.85 %。
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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：
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：
•
谢
谢!
•
极差R大小可以看出，对酸解稻草制还 原糖影响的因素大小依次为C>A>B,即水解 温度>反应时间>硫酸浓度。 • 正交试验判定的最佳酸解条件为A1B3C3, 即采用质量分数为30 % H2SO4反应温度为70 ℃，水解时间为24 h，还原糖产率可达到 30.85 %。
结
•
论
探讨了稻草秸秆预处理物的稀H2SO4 酸解制备还原糖 的条件，重点研究了酸浓度、酸解温度和酸解时间等因素 对还原糖产率的影响。分别得到酸浓度，酸解温度，酸解 时间三因素的三个水平为 20 %，25 %，30 %；50 ℃，60 ℃，70 ℃；24 h，36 h，48 h。 采用三因素三水平正交实验，以总还原糖产率为考察 指标，对实验结果进行极差分析，结果表明硫酸质量分数 30 %，水解温度70 ℃，水解时间24 h为稀H2SO4 酸解稻草 预处理物的最适宜的工艺条件，此时获得的还原糖的最大 产率为30.85 %。
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
•
其中，纤维素是纤维的骨骼物质，而 木质素与半纤维素以包容物质的形式分散 在纤维之中及其周围。 • 稻草秸秆中约含有35 %的纤维素，25 %的半纤维素，21 %的木质素。除了纤维素、 木质素以及半纤维素以外，含有有机溶剂 抽提物、果胶质及灰分等少量成分。
研究方向
• 稻草秸秆中的大部分纤维素和半纤维素 在酶和酸的条件下可以水解成单糖，但由 于使用酶水解时对反应条件要求较为严格， 使用浓酸时会产生较多的副反应和环境污 染问题。本实验采用稀硫酸的方法进行水 解。
Abs / %
y = 0.7542x R = 0.9985
2
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
葡萄糖含量 / mL
反应时间的影响
• 在液固比为1 ：30 的条件下，所用原料 为预处理物 ，称取 固体5.051 g，与20 % 硫酸150 mL于电热套 上进行搅拌水解反应。 • 反应结果如右图：
稀硫酸水解稻草秸秆初步研究
架
• • • • 研究背景 研究方向 实验内容 结论
研究背景
稻草秸秆是重要的一类可再生生物质资 源。目前，除了在造纸业工业方面的利用， 绝大多数被废弃或焚烧，严重浪费了资源 并且污染了环境。 • 稻草秸秆是农作物秸秆的重要组成部分， 主要成分是纤维素、半纤维素和木质素， 它们主要以细胞壁形式存在. •
实验内容
• 在液固比为1 ：30的条件下，考察温度、硫 酸浓度、时间等因素影响，找出较适宜的温度， 硫酸浓度，和水解时间范围，列出三因素三水平 的正交表，再进行正交试验，寻找出最适宜的工 艺条件。 • 先将稻草用稀碱进行预处理，再将处理好的 稻草和稀硫酸按一定液固比加入到反应瓶中，在 一定时间和温度下置于电热套磁力搅拌器进行加 热水解反应。反应完毕后，冷却，抽滤得水解液。
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，得到 的紫外光谱图如右图。
检测方法与标准曲线
•
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：