秸秆厌氧消化的预处理技术研究进展
秸秆厌氧消化产甲烷的研究进展_杨茜_鞠美庭_李维尊

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

中 图 分 类 号 :¥ 2 1 6 . 4 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1 6 7 4 — 8 6 4 6 ( 2 0 1 5) 0 1 — 0 0 0 7 — 0 3
he t u s e o f s t r a w g a s p r 0 j e c t s p l a y a n a c t i v e r o l e .
Ke y w o r d s :C r o p s  ̄ a w; p r e t r e a t me n t ; a n a e r o b i c d i g e s t i o n
Ab s t r a c t :S t r a w o n e a r t h i s r i c h i n r e n e wa b l e e n e r g y ,h a s g r e a t p o t e n t i a l f o r u t i l i z a t i o n . B e c a u s e s t r a w p l a n t c e l l w a l l c o mp o s i t i o n s t r u c t u r e i s mo r e c o mp l e x . 1 i mi i t n g t h e e ic f i e n c y o f s t r a w. Cu r r e n t l y . s t r a w p r e t r e a t me n t me t h o d c a n b e d i v i d e d i n t o p h y s i c a l , c h e mi c l, a p h y s i c 0 一 c h e mi c a l a n d b i o l o g i c l a p r e t r e a t me n t me t h o d s , h o p i n g t o p r o mo t e
农作物秸秆的厌氧消化试验研究

农业环境科学学报 20 , ( :3 — 3 0 72 13 5 38 6)
Ju n l f goE v o m n c n e o ra o r— n i n e t i c A r S e
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 : 7 2 文献标识码 : X 1 A 文章编号 :6 2 2 4 ( 0 )1 0 3 - 4 17 — 0 32 70 - 3 5 0 0
St udy o n Ana r bi ge ton o r w al e o cDi si fSt a St k
L in h a, I a - u MA n - n 。YUAN Z e - o g , I a - n L AO C i ig L g l g, o h n h n L U Xio f I u - n e p
( .u n z o s tt o n ry o v ri , hn s c d myo i c s G a g h u5 0 4 , hn ; . h n d stt o i o , 1 a g h u I tue f eg n es n C ieeA a e f ce e , u n z o 6 0 C ia 2 C g uI tuef B o g G n i E C o S n 1 e ni l y
fe nten r l u c o f h se T ep r e tg f me R ei et h o o ma f n t n o t es tm. i y h e c n a eo h t n nme o h l n d a in ie t nw su o o e 0 s p i ca mb e t g s o a pt v r5 i d i % o he 8 d y nt t a . 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

Ab t a t: hesr w c n ansa hih c ne o ini whc c n o e wel tie y a a r i a tra i g sld n e bc ieto sr c T ta o ti g o tnt flg n, ih a n tb l i zd b n eobc b ce n hih oi a a r i dg s n u l i o i
Ke y wor s: ta d srw; hg oi n eo i ie t n; bo e eg ih s l a a rbc dg si d o i— n r y;l nn;e h n e eo e i x e me t i i g n a c d a rg n c e p r n i
第2 8卷第 4 期
20 0 7年 4月
环
境
科
学
ENVI RONMENTAL S I C ENCE
Vo . 8。 12 No. 4 Ap ,, 07 r 20
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 10 8 ) 00 4
3 0 / fe 4 h ur .I d i o 90 0 mg L atr2 o s n a dt n.t e e p rme tso h tte lg i o tn n t e srw i e u e rm 8% t 9% atrpr— i h x e i n h ws ta h i nn c ne ti h ta sr d c d fo 2 o1 f e e
秸秆厌氧混合发酵的研究进展

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
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改善 , 农村对能源 的需 要 量 日益 增 长 。作 物 秸 秆直 接
燃烧 , 热能利用 率 只有 1 0 % ~2 0 9 / 6 ; 如 果将 它 发 酵 成
沼气 , 热能利 用 率可 达 4 0 ~6 O 。据 实 验 测 试 , 用
5 k g秸秆直接燃 烧 , 即使 使 用 效 率较 高 的省 柴灶 也 只 能烧 开 5 0 k g的水 , 而制成 沼 气 却能 烧 开 9 0 k g水 。因
有 效方 法 文章 在 大量 实 验 的 基 础 上 , 对各种物理、 化 学 和 生 物预 处 理技 术进 行 了 分析 和 比较 , 并 分 析 了预 处 理 技 术 的发 展 趋势 。
关键 词 : 秸 秆 ; 预处 理 ; 厌 氧 消化 中 闰分 类 号 : T K6 ;X 7 0 5 文献 标 识 码 : A ’ 文章编号: 1 0 0 3 — 6 5 0 4 { 2 0 0 9 ) 1 2 D- 0 1 7 7 ~ 0 4
1 7 8
高 1 O ~2 O 左右 。
砣尉 矗
第3 2 卷
但 该处 理方 法需 要 特 定 的设 备 输送 热 量 、 控制 温
虽然 减小有 机 固体 物粒径 的大 小对 厌氧 消化具 有 促进作用 , 但并 非 越 小越 好 。An g e l i d a k i E 。 ] 等发现, 当 牛粪 中 纤 维 的 粒 径 小 于 0 . 3 5 am 时 , r 产 气 量 可 提 高
此, 秸 秆厌 氧消化对 于开发 生物质 资源意 义重大 。 秸 秆由大量有 机物 和少 量 的无 机 盐 及水 构 成 , 其 有机 成分以纤维素 、 半 纤维 素 为 主 , 其 次 是 木质 素 、 蛋
物理 方法有 机械加工 、 高压 和/ 或高压 蒸煮以及辐
射 处理等 。常用 的机 械 加工 有 切碎 、 粉碎、 磨碎、 高温 球磨 等 。其 目的是 增 加 厌 氧 微生 物 与基 质 的接 触 面 积, 或通过 破坏细 胞壁结 构使 之易于消化 。
收 稿 日期 : 2 0 0 9 — 0 3 — 1 7 ; 修回 2 0 0 9 — 0 6 — 2 O
基 金项 目 : “ 8 6 3 ” 计划 (2 0 0 6 AA1 0 Z 4 2 5 )
高其气 体产 量 、 加快 消化速 率 , 并且 通过均匀混合 原料
废物 , 最大可 能地减 小消化 体积 , 通 常可使气体 产量提
有 4 O %~5 O %左 右被 利 用 , 其余 作燃 烧 或 堆 放 处理 , 占用 大量土地 , 污 染环 境 。随 着人 口的增 长 和 生活 的
学 成分 , 以利于厌 氧菌 的消化利 用 , 显得尤 为重要 。 农作 物秸秆预 处 理 主要 包 括物 理 、 化学 和生 物方 法 。本文 对秸秆预 处理 技术 的研 究现状进行 了分析 阐 述, 比较 了它 们 的 优 缺 点 , 并 分 析 了其 今 后 的 发 展趋
体产 量和 固体 的降解 率 。热处 理和高 级氧化处理 同样 能够 提高消 化过 程 的气体产 量 。
2 . 1 碱 化 技 术
用中, 稻草 的粒径控制 在 1 ~3 c m 即可 , 可 节 省 动力 消
耗。
1 . 2 研 磨
碱化处 理就 是用 Na OH、 C a ( OH) 。 或 K OH 等溶 液浸 泡秸秆 或 喷洒于 秸秆 表面 , 以破 坏纤维素 、 半纤维 素 和木质 素之 间的 酯 键 , 降 低 结 晶度 , 溶 解纤 维 素 、 半 纤 维素 和一部 分木 质 素 , 使 大 分子 物 质 分解 为小 分子 物质, 从 而提 高消化 率 。 D e t r o y [ 7 3 等 的研 究结 果 表 明 , 用 百分 含 量为 2 , 浓 度为 0 . 5 mo l / L的 Na OH 对秸 秆 预处 理 4小时 , 可
2 O , 但 是 当颗 粒 粒 径在 a om t 2 0 mm 范 围 内 时 , 减 小物料粒 径并不 能使产 气量显 著地 提高 。 笔者 所在课题 组对 4 0目、 2 O目、 i c m和 3 c m 的未 处理稻 草经 6 Na OH 预处 理 3 0天后 , 四者 在 6 5 g / L 负荷率 下 的 总产 气 量分 别 为 2 7 3 2 0 mL、 2 9 6 4 0 mL、 2 9 5 3 0 mL和 2 8 4 5 0 mL。 可 以 看 出 , 粒径为 2 O目的 稻
度, 成 本较 高 。另外还 有高 压蒸 汽处理 、 膨化等 。近年 来, 又见到 一些关 于用 辐射 技术 处理秸 秆 的报道 , 当辐 射剂 量超过 2 . 0 ×1 0 时 能促 使 秸 秆 的细 胞 壁含 量 降
低, 提 高体外 消化 率 。 2 化 学方 法
化 学预 处理包 括 用酸 、 碱、 碳 酸氢 盐等浸泡处 理 以
( 1 . D e p a r t me n t o f E n v i r o n me n t a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g o f B e i j i n g Un i v e r s i t y o f C h e mi c a l T e c h n o l o g y 。 B e i j i n g 1 0 0 0 2 9 - C h i n a ;
以转化 7 6 9 , 6 的纤 维 素 物 料 。何 艳 峰 等咖分 别 提 取 了 未 经 预处 理 和用 6 Na OH 处 理 后 的稻 草 中 的木 质
研磨不仅 减小 了物料 的粒径 , 同 时通过 剪切作 用 , 破 坏 了固体 有机物 的 内部 组 织结 构 , 尤 其 是 对纤 维 素
2 . C o l l e g e o f R e s o u r c e s a n d En v i r o n me n t 。 G r a d u a t e Un i v e r s i t y o f Ac a d e my o f S c i e n c e s . B e i j i n g 1 0 0 0 4 9 ・ C h i n a )
第3 2 卷
第1 2 D期
2 0 0 9年 1 2月
En v i r on me n t a l S c i e n c e& Te c h n ol o gy
I 砣尉 匙 求
V0 1 .32 No .1 2 D De c . 2 0 09
秸秆 厌 氧 消化 的预 处理 技 术研 究 进 展
S t u d y o n Pr e t r e a t me n t o f S t r a w Ana e r o b i c Di g e s t i o n
W ANG Xi a o — we i 。 L I Xi u — j i n , LI U Xi n — c h u n 2 , L I U Ya n — p i n g
生物直接 降解并消 化木 质纤 维 素 的 能力 较弱 , 从 而影
响 了秸 秆的厌氧消 化产 气性 能 , 表 现 为作 物 秸秆 厌 氧 消化 时间长 、 消化率 低 、 投人 产 出效益 差 , 进 而 限制 了
作物秸秆 在生物气方 面的大 规模应用 。因而 通过预处 理改变作物 秸秆物理结 构或把 它预 先降解成 简单的化
作 者简 介 : 王小 韦 ( 1 9 8 o 一) , 男, 硕士研究生, 从事 固体 废 物处 理 与 资 源化 利 用研 究 , ( 电 子 信箱 ) wx w7 7 5 8 (  ̄1 2 6 . c o n; r *通 讯 作者 , 副 教授 , 博士, 从 事
固 体废 物 处 理与 资源 化 利 用研 究 , ( 电 子信 箱 ) l i u s h u i h a n @1 6 3 . c o n。 r
Ab s t r a c t : Th e a n a e r o b i c d i g e s t i o n i s t h o u g h t o f e f f e c t i v e me t h o d t O u s e s t r a w.I t i s c o n s i d e r e d t h a t t h e p h y s i c a l a n d c h e mi ~ c a l p r o p e r t y o f s t r a w c a n b e i mp r o v e d g r e a t l y b y p r e t r e a t me n t t O c h a n g e s t r u c t u r e o f s t r a w A c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s a n d c o mme n t a r y o n t h e p r e t r e a t me n t t e c h n o l o g i e s a n d t h e d e v e l o p me n t t r e n d o f t h e s t r a w a n a e r o b i c d i g e s t i o n wa s p r e s e n t e d
b a s e d on a l ot of l e c t ur e s .
Ke y wo r d s :s t r a w ;p r e t r e a t me n t ;a n a e r o b i c d i g e sห้องสมุดไป่ตู้t i o n
目前 , 全 国每年 产生约 7亿 吨农 作物秸 秆 , 然而 仅
及热处 理和 臭氧 处 理 等 方法 。在 一定 的温 度 下用 酸 、 碱或碳 酸氢 盐对 物料 进 行 浸 泡处 理 , 一 般可 以提高 气