秸秆厌氧发酵预处理技术简介
农业有机废弃物的厌氧发酵技术
农业有机废弃物的厌氧发酵技术摘要：介绍了农业固体废物的来源及对环境的影响，阐述了厌氧消化原理、过程、条件等，并对其在农业废物治理中的应用进行了探讨。
关键词：农业废物；厌氧生物；发酵工艺；高温堆肥；沼气生产1引言厌氧生物发酵处理法，是指依靠微生物本身的代谢功能而进行有机或固体污染物处理的方式。
与好氧生物处理法比较，厌氧发酵方法既有能耗少、占地面积小、处理效果高等优势，更主要的是厌氧发酵的产品是高热值的生物能源一沼气，能在一定程度上解决农业燃料紧缺的问题。
2农业废物的来源及对环境的影响2.1农业废物的来源农业的固态废弃物原料来源十分广阔，也可当地取材。
如畜禽粪污、粮食作物秸杆、植被的枯枝叶、工业污水、农业废渣、富含有机质的生活污水、垃圾等，这些材料都可以用作厌氧状态生物发酵再利用的原料。
2.2农业废物对环境的影响因为中国农业人口多、城市居民生活分散，所以农村的固体废物品种繁多，且总量巨大，从而对环境污染的危害也不容忽视。
尤其是在收割时节，农户们喜欢把固体废物就地燃烧，形成巨大的烟雾，使沿途的道路遭受危害，同时，在自然环境条件因素下，固体废弃物中的某些有害成份进入了大气环境、水域和土地中壊.进行生态的物质循环，产生了潜伏的、持久的环境危害。
所以，对农业固体废物进行综合治理是十分必要的。
3厌氧生物处理技术在农业废物治理中的应用3.1厌氧生物处理机理厌氧状态生态处理是一项相当复杂的微生物化学处理过程，一般是通过水解产酸菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等的联合相互作用来进行。
因此可粗略地把厌氧状态的消化处理过程区分为三种连续过程，即：在降解酸化过程期间，产酸菌把大量不溶性大分子有机物解体为极小分子水溶性的脂肪酸；产氧产醋酸时期，专性产氢产醋酸菌将各类有机酸的溶解，转变成为H2和CH3COOH等；产甲烷时期，一组甲烷菌将H2和CO2转变为甲烷，一组甲烷菌则将醋酸或乙酸盐的脱羧为甲烷吸附。
3.2厌氧状态消化再利用技术的农业固体废物应用案例3.2.1农业固体废物的高温堆肥处理技术（1）高温堆肥处理的特点高温堆肥处理也是中国开展"沃土工程"、增加土壤肥力的重点内容之一，是利用废弃秸秆还田的重要途径。
蒸汽爆破预处理技术应用于秸秆厌氧发酵的技术经济分析
蒸汽爆破预处理技术应用于秸秆厌氧发酵的技术经济分析随着全球对可持续能源的需求不断增长，秸秆厌氧发酵作为一种绿色能源技术，受到了越来越多的关注和发展。
然而，秸秆作为一种难以降解的生物质，其直接利用效率较低，需要进行预处理以增加厌氧发酵的产气率和稳定性。
蒸汽爆破预处理技术是一种广泛应用于生物质处理的方法，具有高效性、环保性等优势。
本文将从技术和经济两个方面对蒸汽爆破预处理技术应用于秸秆厌氧发酵的可行性进行分析。
一、蒸汽爆破预处理技术的原理和优势蒸汽爆破预处理技术是利用高温高压蒸汽对生物质进行处理，使得其纤维素和半纤维素分解产生出易于厌氧发酵的可溶性有机物。
该技术具有以下优势：1、高效性。
蒸汽处理能够在短时间内使得秸秆中的纤维素和半纤维素分解产生大量的可溶性有机物，提高了发酵的产气率和稳定性。
2、环保性。
该技术不需要使用化学药剂，不会产生污染物，对环境无害。
3、适用性强。
蒸汽处理适用于各种类型的生物质，同时可以对不同种类的生物质进行不同的处理方案，以达到最佳处理效果。
二、蒸汽爆破预处理技术在秸秆厌氧发酵中的应用蒸汽爆破预处理技术已经被广泛应用于秸秆厌氧发酵中。
其处理流程主要包括将秸秆经过机械粉碎后加入蒸汽处理器中，在高温高压的蒸汽环境下进行处理，处理后得到的秸秆被送入厌氧反应器进行发酵。
该处理流程具有高效性、环保性、稳定性等优势，可以大幅度提高秸秆的发酵效率和产气率。
另外，蒸汽爆破预处理技术还可以与其他预处理技术如碱处理、酸处理等结合使用，以达到更好的处理效果。
比如，在秸秆厌氧发酵中，将蒸汽处理和酸处理结合使用，可以在短时间内大幅度提高发酵的产气率和稳定性，进一步增加该技术在生物质处理中的应用范围。
三、蒸汽爆破预处理技术在秸秆厌氧发酵中的经济效益从经济效益方面考虑，秸秆厌氧发酵技术的应用可以减少能源的消耗，降低碳排放量，提高发酵产物的附加值。
同时，将蒸汽爆破预处理技术应用于秸秆厌氧发酵中，可以进一步提高发酵产气率和稳定性，降低发酵成本，进一步增加产生的经济效益。
秸秆沼气预处理发酵技术要点
秸秆沼气预处理发酵技术要点
从2003年至今，我市各县随着中省农村户用沼气项目的实施，户用沼气池数成倍增长，农村能源工作做出了显著的成绩。
为解决沼气发酵原料极度短缺的问题，我站在市能源办的大力支持和指导下，现在我县新街子镇建国村新建秸秆沼气预处理场一处，现己基本建成投产，经机械调试，市办专家亲临现场指导，发酵原料配比试验示范，用户投入使用效果极佳,每日可提高产气率20-40%，现就我县秸秆沼气预处理发酵实验过程中的技术要点介绍如下：
1.秸秆原料：只要为稻草或玉米杆，混合使用均可。
2.用铡草机将秸秆铡为3—4公分备用。
3.将铡好的秸秆先用水喷湿，比例为100公斤秸秆约100公斤水，
均匀淋湿后堆沤15—24小时，使秸秆充分吸足水分。
4.将洗足水分的秸秆按500公斤秸秆1公斤绿洁灵.6公斤碳酸氢
铵的比例。
将绿洁灵和碳酸氢铵和入水中，搅拌均匀备用。
5.秸秆翻堆，翻堆时将混合好的绿洁灵溶液均匀的洒至秸秆中，
翻匀起堆。
6.起堆高度1—1.2米为好。
7.堆好后用木棍在秸秆顶部均匀的打些同气孔。
8.用塑料薄膜将秸秆覆盖，底部可留些空隙无防。
9.控制温度，堆止2日需用温度计，测量温度，超过55度需要揭
开薄膜。
10.发酵成熟，待温度升至55度以上时，刨堆有大量的白色菌丝
显现，即可揭膜入池。
科技成果——基于牲畜粪便的高效秸秆厌氧发酵产沼技术
科技成果——基于牲畜粪便的高效秸秆厌氧发酵产沼技术技术开发单位河南未来再生能源股份有限公司
适用范围
主要适用于农牧行业，特别是一些大型的猪、牛养殖场或农村废弃物转换站（附近猪、牛粪收集站），平原地区，附近有大面积的农作物种植区域且能秸秆回收。
成果简介
该技术将养殖场牲畜粪便污水经固液分离机进行分离，有效除去大量细菌和固体颗粒，分离出的液体经酸化调节后与秸秆混合浸泡进发酵罐发酵，罐内有加热系统、水循环系统、侧搅拌等附属系统，使厌氧发酵罐内产生大量的沼气，解决了秸秆不产气或产气少、秸秆易结壳问题等，缩短秸秆发酵周期，净化的沼气可用于沼气发电或农户做饭，提纯后的沼气可作为生物天然气，沼液和沼渣用于农作物有机种植，实现了废弃物资源循环利用。
技术效果
以2.4万立方大型沼气工程为例，可以处理周围5公里的农村秸秆，减少了秸秆焚烧造成的大气污染及土壤污染，日产生物天然气15000立方米，其中2000立方米用于居民及发电，10000立方米通过天然气管网销售，3000立方米自用。
应用情况
2016年在河南省谷庄生态节能循环农业有限公司试运行推广，24000立方米大型秸秆厌氧发酵沼气工程，日处理养殖污水70吨，
年处理秸秆31279吨。
市场前景
该技术可有效减少养殖污水的排放并实现秸秆的资源化利用，经济效益显著，市场潜力很大。
农业秸秆湿干两级厌氧发酵制沼气技术初探
农业秸秆湿干两级厌氧发酵制沼气技术初探摘要秸秆是一种可再生资源，但是秸秆的难降解性与复杂的木质纤维素结构减少了对秸秆的应用，因此，对秸秆进行预处理是非常有必要的。
关键词秸秆；厌氧发酵；沼气中图分类号：X712；S216.4 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）36--02随着环境的恶化程度越来越高，能源也越来越匮乏，利用农业废弃物再生资源是全世界都在研究的课题，沼气则是再生资源的一类，它为人类做出了巨大的贡献。
发酵停留时间、启动性能、总固体（TS）、挥发性固体（VS）、沼气产量的转化率与发酵底物浓度有关。
目前，农业秸秆湿干两级厌氧发酵技术[1]中湿发酵的总固体浓度大约在10%以下，而干发酵总固体浓度大约在15%～35%。
通常情况下，农业秸秆湿干两级厌氧发酵技术中湿发酵不仅传质相对均匀，而且具有十分良好的启动性。
干式发酵启动性能尽管比不上湿法发酵，但是它的单位容积产气率较高，且无大量沼液排放。
2种发酵方法各具优势。
如果能将干法与湿法联合起来发酵沼气，其效果会更好，实验步骤如下。
1 材料与方法1.1 实验材料目前，我国农业秸秆湿干两级厌氧发酵制沼气技术主要运用厌氧活性污泥此类物质作为厌氧发酵的主要接种物。
其关键环节是通过对常见的污水处理工厂的污泥经过离心加工处理之后，就能够得到厌氧发酵制沼气的污泥原料，其总固体（TS）为12，97%，挥发性固体（VS）为35.76%。
实验的底物主要是风干的玉米秸秆，其总固体（TS）为81.69%，挥发性固体（VS）为88.39%。
将玉米秸秆切碎备用。
1.2 实验方法农业秸秆湿干两级厌氧发酵制沼气实验过程主要分为湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵两级主要的发酵实验方式。
在具体的发酵实验过程中，要通过发酵物的详细比例配置，使配置比例达到相关的实验标准，如湿式发酵底物作为实验的第一级主要发酵物要与第二级发酵物――干式厌氧发酵的比例控制在2∶1，然后将配置好的混合物置于发酵盒中，随后可以利用农业秸秆湿干两级厌氧发酵原理将农作物秸秆总固体（TS）的浓度配合比控制到4%左右，将其置于100 mL 容积的厌氧发酵盒中，在其过程中要控制好混合物的酸碱平衡值，可以采用碱性溶液将pH值调至7.5，随后采用80%氮气与20%二氧化碳混合气，曝气5 min，再用铝制封口与橡胶塞密封，将密封物放置于37 ℃的水浴振荡培养箱中进行转速为150 r/min的培养。
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。
玉米秸秆厌氧消化预处理方法及工艺优化
第34卷第23期农业工程学报V ol.34 No.23246 2018年12月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Dec. 2018 玉米秸秆厌氧消化预处理方法及工艺优化王旭辉1,2，徐鑫3，山其米克2，王卉2，叶凯2，李冠1※，邓宇4（1. 新疆大学生命科学与技术学院，乌鲁木齐 830046；2. 新疆农业科学院生物质能源研究所，乌鲁木齐 830091；3. 新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091；4. 农业部沼气科学研究所，成都 610041）摘要：为提高玉米秸秆厌氧消化性能，该文采用碱液、酸液、沼液等方法对玉米秸秆进行预处理，比较不同预处理方式对秸秆成分、含量以及厌氧消化能力的影响。
试验结果表明，经超声波辅助碱预处理后，秸秆的木质素和半纤维素总含量显著降低，产气量显著提高。
基于Box-Behnken（BBK）试验设计，选择碱液预处理的固固比（NaOH/秸秆，下同）、预处理温度、预处理时间为试验因素，结合响应面分析法对碱液预处理条件进行响应面优化，结果表明，最佳玉米秸秆预处理条件为固固比22.4%，预处理温度37.9 ℃，预处理时间39.7 h，在此条件下还原糖产量的试验值为738.6 mg/g，沼气累积产量的试验值为661mL/g，试验值与预测值误差不到0.5%，证明了响应面优化法的准确性和可行性。
关键词：纤维素；秸秆；沼气；预处理；响应面法doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.032中图分类号：S216.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2018)-23-0246-08王旭辉，徐 鑫，山其米克，王 卉，叶 凯，李 冠，邓 宇. 玉米秸秆厌氧消化预处理方法及工艺优化[J]. 农业工程学报，2018，34(23)：246－253. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.032 Wang Xuhui, Xu Xin, Shan Qimike, Wang Hui, Ye Kai, Li guan, Deng Yu. Optimization of pretreatment process for corn straw anaerobic digest[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(23): 246－253. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.032 0 引 言木质纤维素是一种含量丰富的可再生能源，并广泛存在于农作物秸秆中。
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。
以秸秆为主的农业废弃物厌氧干发酵沼气技术
以秸秆为主的农业废弃物厌氧干发酵沼气工艺我国是世界上可再生能源原料产出量最大的国家，每年产出的农业固体废弃物、畜禽粪便、农作物秸秆、蔬菜废弃物、乡镇生活垃圾和人类粪便既是宝贵资源，又是严重污染源。
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。
通过沼发酵获取生物能源是农作物秸秆的资源化利用是一条非常有潜力的途径，沼气作为可再生能源，具有可再生性、成本低廉、对环境污染小、热值高等优点。
目前户用沼气管理不规范，产气率和处理效率低，并且存在低温条件下难运行，冬季不能正常产气等缺点，目前规模化秸秆沼气存在技术设备不足，尤其是干发酵技术，由于干发酵原料的物质浓度高而导致的进出料难、传热传质不均匀、产气率低且产气不稳定等问题，这是干发酵的技术难点。
本文主要介绍以秸秆为主并兼顾其他农村有机废弃物的新型干法发酵技术，采用工程化装备实现原料预处理、进出料的机械化和秸秆沼气干发酵产物的高值利用技术，这对提高我国包括秸秆在内的农业废弃物综合利用水平具有重大意义。
一、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，生物质发酵可分为好氧发酵技术和厌氧发酵技术两类，好氧发酵技术在发酵的过程中排放大量NH3，既污染了环境，又损失了肥力，此项技术多用在生物质厌氧干发酵技术的原料预处理方面。
根据发酵底物状态的不同，生物质厌氧发酵技术又可分为厌氧湿发酵技术和厌氧干发酵技术。
厌氧湿发酵反应体系中的总固体含量一般在10%以内，厌氧湿发酵具有启动快、反应器建造管理技术成熟等优点，适合处理浓度较低的废水、废液，是当前处理有机污染物生产沼气的主流技术，但是该技术也有明显的缺点，如发酵所需的反应器容积较大，沼液和沼渣分离难，需要建较大的沼液池存贮沼液，占地面积大，并且需要大量的水，冬季耗能大，处理效率低，运行和后处理成本高等。
而沼气干法发酵能够在干物质浓度较高的情况下仍能正常发酵（干物质浓度≥20%），能生产清洁能源和优质有机肥，基本上达到零排放，满足现代农业对友好环境、清洁能源和优质肥料的需求。
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。
稻草秸秆水解(厌氧发酵)
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]。
秸秆预处理简介
生物混合菌处理
人为的将具有较高活性的微生物适当的 培养在一起，可以提高堆肥效率、缩短发酵 周期、提高沼气发酵原料的质量。研究表明， 单一的细菌、真菌、放线菌群体，无论其活 性多高，在加快堆肥化进程中的作用都比不 上复合微生物菌群的共同作用。
锰过氧化物酶
有氧
铁 氧 化
过 氧 化 氢
木质素解聚
降解过程
木质素解聚后，生产许多有高度活性的反应中间体，最终 导致木质素结构中的各种键断裂，解聚成小分子的化合物， 再经彻底氧化，降解成CO2和H2O。
由于木质素与纤维素包裹在一起，白腐真菌对木质 素的降解还会有助于纤维素的消化吸收。因此，从理论 上讲，利用白腐菌生物预先降解木质纤维素含量较高的 秸秆，以提高随后的厌氧消化产气率同样是可行的。
存在问题
物理方法没有将木素及半纤维素从纤维中分离， 所以降解速度及发酵速率不高。对于大型集中 化沼气发酵工厂，机械处理提高利用率有限， 且能耗较大，成本较高。
化学方法处理效率高，但其高成本限制 了实际应用并且对环境造成污染。
生物方法无污染，条件温和， 且成本低，可是其处理周期 长，效率低。
预处理发展前景
如果可以将几种处理技术的优点综合在一起，尽量弥补 各自的不足，则会大大提高秸秆原料向沼气能源转化的效率， 加快秸秆资源化的速度。预处理技术作为实现该目标的重要 途径之一，会成为重点发展的技术。其目标是开发出新型的、 具有低成本、适用性强、处理效果好、多技术集成的原料预 处理技术。
物理-化学处理
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
主要技术方法有机械粉碎、冷冻粉碎、高温分解、超声波、蒸汽爆破、微波处理、高能辐射处理等。
机械粉碎
机械粉碎是通过各种机械剪切力将秸秆原料变成小切片或细小的颗粒。
粉碎后的原料聚合度降低，纤维素的水解率增加。
不仅可以破坏秸秆表面的蜡质层，而且可以增
加厌氧微生物与基质的接触面积，进而破坏细胞壁结构。
但由于机械粉碎工艺一般效率较低，通常会联合其它方法对秸秆原料进行预处理。
高温热解
高温热解预处理包括液相高温热水分解和高温分解两种，二者都需在高温下进行。
高温作用下秸秆原料中的纤维素、半纤维素等发生快速水解，且水解产率高，预处理后的纤维素具有较高的酶消化性。
但高温热解预处理需要消耗大量的水和热量，因此成本高、能耗高。
若要进行工业化利用，必须降低水耗和能耗。
蒸汽爆破
蒸汽爆破预处理是在蒸汽爆破的过程中，大量的高压蒸汽渗入纤维内部，并以气流的方式从封闭的孔隙中释放出来，促使纤维发生一定程度的机械断裂，同时破坏纤维素内部的氢键，改变纤维素内部的结构。
蒸汽爆破预处理，可使秸秆中总固形物和挥发性固形物含量降低，半纤维素和纤维素降解率显着提高，总产气量增加明显，是一种有效的预处理方式之一。
但蒸汽爆破设备要求高压条件，且投资成本较高，因此蒸汽爆破的理论和技术还有待进一步研究和突破。
化学预处理技术
化学预处理是利用化学方法来破坏半纤维素与木质素间的共价键，从而提高原料降解率的方法。
该方法能够破坏纤维素、半纤维素、木质素之间的结晶性，可加速天然纤维素溶解。
化学方法主要有酸化、氨化、碱化等，目前较常采用的是碱化法。
酸处理
常用的酸预处理剂包括硫酸、硝酸、磷酸等。
酸预处理可提高反应速率，增加纤维素的水解性，从而提高产气率。
覃国栋等研究发现，酸处理可显着改变水稻秸秆的生物降解性质，显着提高产气效率。
但酸处理剂具有强腐蚀性，对发酵设备损害严重。
碱处理
碱预处理可使木质素大分子碎片化，并溶解于反应溶液中，同时使纤维素膨胀，半纤维素溶解，进而提高剩余多聚糖的反应性，但这种作用的效果取决于木质素的含量。
当原料中木质素的含量高于20%时，碱预处理对后续酶的水解反应几乎不起作用。
常用的碱预处理剂有NaOH、KOH、Ca（OH）2和氨等。
碱溶液作为预处理剂效果显着，成本较低，操作安全，但与酸预处理类似，存在后续残余物回收及腐蚀的问题，这些预处理方法对环境均会造成污染。
氨化处理
氨化处理就是用氨水、无水氨或尿素处理秸秆。
氨化具有三种作用：（1）碱化作用，氨为碱性，故可起到与碱化处理方法同样的作用；（2）氨化作用，氨与秸秆中的有机物发生变化，生成铵盐，成为厌氧微生物的氮素来源，被微生物利用，并同碳、氧、硫等元素一起合成氨基酸，进一步合成菌体蛋白；（3）中和作用，氨呈碱性，可与秸秆中的有机酸结合，消除秸秆中潜在的酸性，提高微生物的活性，从而提高秸秆的消化率。
生物预处理技术
生物预处理技术是利用某些微生物（包括真菌、基因工程菌和酶类）来降解原料中的木质素。
其技术关键就是寻求强木质素降解能力的菌种，并确定其适宜的发酵条件。
常用的真菌有白腐菌、褐腐菌和软腐菌，其产生的木质素分解酶系作用于物料，可提高纤维素和半纤维素的转化率。
堆沤预处理是目前较为常用的秸秆生物预处理方式。
联合预处理技术
各种预处理方法都具有其独特的优势和其自身的局限，通过单一预处理方法很难达到较好的效果。
在秸秆预处理实际操作中，往往通过物理、化学、生物等不同预处理原理或方法组合来达到更好的处理效果。
这也是将来秸秆发酵技术研究的重点。
2结语与展望。