玉米秸秆的利用
玉米的秸秆的用途有哪些

玉米的秸秆的用途有哪些玉米的秸秆是玉米植株在收获后的残余部分,不仅可以充分利用,减少浪费,还有很多实际的用途。
下面是玉米秸秆的一些主要用途。
首先,玉米秸秆可以作为饲料。
由于玉米秸秆的纤维含量高,但营养成分较低,所以在畜牧业中作为饲料使用很常见。
将秸秆粉碎后加入其他高营养饲料,如豆饼、麦麸等,可以提高饲料的营养价值,增加畜禽的育肥效果。
其次,玉米秸秆可以作为生物质能源。
生物质能源是替代传统石化能源的可再生能源,如生物质燃料、生物质炉等。
玉米秸秆经过处理后,可以用于生物质能源的生产,如生产燃料乙醇。
这不仅可以减少对石油的依赖,还能降低对环境的污染。
再次,玉米秸秆可以用于农作物覆盖。
在农田中覆盖一层玉米秸秆可以起到保护土壤、增加土壤有机质和保持水分的作用。
秸秆覆盖可以减少水土流失,防止农田的侵蚀和土地贫瘠化,同时还可以防止杂草的生长,提高作物的产量和质量。
此外,玉米秸秆还可以用于制造纸张和纺织。
玉米秸秆经过特殊处理后可以制成纸张的原料,这种纸张比普通木浆纸更环保,质地更柔韧。
同时,玉米秸秆的纤维也可以用于纺织,将其制成纤维板和纺织品,用于装饰和制造家具。
另外,玉米秸秆还可以用于菌类的培养。
菌类的培养需要一定的基质,而纤维含量较高的玉米秸秆正是一个理想的培养基。
将玉米秸秆进行预处理和加工后,可以用作菌类培养的基质,生产食用菌和菌草。
此外,玉米秸秆还可以用于生物有机肥的制作。
将玉米秸秆通过发酵和堆肥的方式,可以得到高效的有机肥料。
这种有机肥料能够改善土壤结构,促进植物生长,提高作物的产量和品质,同时也能减少农药的使用。
最后,玉米秸秆还可以用于杂交种子的包装。
杂交种子包装一般使用无土培养剂,而玉米秸秆是一种理想的无土培养基。
将玉米秸秆切碎后,与其他种子包装材料混合使用,可以提高杂交种子的储存性和萌发率。
综上所述,玉米秸秆的用途非常广泛,除了饲料和生物质能源,还可以用于农作物覆盖、纸张和纺织品制造、菌类培养、生物有机肥的制作以及杂交种子的包装等。
玉米秸秆做饲料的十种加工方法

玉米秸秆做饲料的十种加工方法玉米是供作饲料为主的粮、经、饲兼用作物,玉米秸秆也是工、农业生产的重要生产资源。
作为一种资源,玉米秸秆含有丰富的营养和可利用的化学成分,可用作畜牧业饲料的原料。
长期以来,玉米秸秆就是牲畜的主要粗饲料的原料之一。
有关化验结果表明,玉米秸秆含有30%以上的碳水化合物、2%〜4%的蛋白质和0. 5%—1%的脂肪,既可青贮,也可直接饲喂。
就食草动物而言,2 kg 的玉米秸秆增重净能相当于1kg 的玉米籽粒,特别是经青贮、黄贮、氨化及糖化等处理后,可提高利用率,效益将争更可观。
据研究分析,玉米秸秆中所含的消化能为2 235. 8kJ/kg,且营养丰富,总能量与牧草相当。
对玉米秸秆进行精细加工处理,制作成高营养牲畜饲料,不仅有利于发展畜牧业,而且通过秸秆过腹还田,更具有良好的生态效益和经济效益。
玉米秸秆饲料加工技术是采用机械工程、生物和化学等技术手段,完成从玉米秸秆的收获、饲料加工、贮藏、运输、饲喂等过程的技术。
近年来,随着我国畜牧业的快速发展,秸秆饲料加工新技术也层出不穷。
玉米秸秆除了作为饲料直接饲喂外,现在有物理、化学、生物等方面的多种加工技术在实际中得以推广应用,实现了集中规模化加工,开拓了饲料利用的新途径。
1 、玉米秸秆青贮加工技术:属于生物处理技术,是玉米秸秆饲料利用的主要方式。
该项技术是将腊熟期玉米通过青贮收获机械一次性完成秸秆切碎、收集或人工收获后将青玉米秸秆铡碎至1—2cm 长,使其含水量为67%—75%,装贮于窖、缸、塔、池及塑料袋中压实密封贮藏,人为造就一个厌氧的环境,自然利用乳酸菌厌氧发酵,产生乳酸,使大部分微生物停止繁殖,而乳酸菌由于乳酸的不断积累,最后被自身产生的乳酸所控制而停止生长,以保持青秸秆的营养,并使得青贮饲料带有轻微的果香味,牲畜比较爱吃。
2、玉米秸秆微贮加工技术:这也是生物处理方法,把玉米秸秆切短,长度以养牛5-8cm、养羊3—5cm为宜,而养猪需粉碎,这样易于压实和提高微贮窖的利用率及保证贮料的制作质量。
综合利用玉米秸秆 变废为宝增收节支

河南农业年第期N NNONGY 综合利用玉米秸秆变废为宝增收节支一、堆制玉米秸秆肥(一)选择好堆肥的地点。
为了提高环境温度,加快秸秆的发酵速度,堆制场地要选择在背风向阳的地方。
(二)搞好玉米秸秆的处理。
首先要把玉米秸秆用铡草机或铡刀切成3~4厘米长的小段,也可用粉碎机进行粉碎,但不要粉得过碎。
然后用人粪或稀释的畜禽粪汤进行浸泡,以浸透为宜。
(三)原料配比要适当。
要提高堆制的玉米秸秆肥的肥效,原料配比很关键。
玉米秸秆、熟土、畜禽粪、人粪尿的配置比例为6∶1∶2∶1,用足量的水混拌均匀后进行堆制发酵,外部覆盖一层1.5~2厘米厚的泥土,防止水分蒸发和养分流失。
要做到尽量堆大堆,以保温加快发酵速度,堆高一般应为1.5米左右。
(四)严格控制堆内温度。
一般在堆后7天左右就开始发热,不久将会出现高温。
在发酵期间温度应控制在50℃~60℃,这对微生物的分解纤维活动最为有利。
如果温度超过70℃时,这种分解活动就会停止。
当然,也要防止温度过低,过低时就会拖延发酵的时间。
冬后要及时扫除堆上的积雪,防止堆表结冰降低堆内温度。
(五)为微生物活动创造条件。
玉米秸秆肥的腐熟过程,就是微生物分解有机质的过程。
秸秆腐熟的快慢,直接与秸秆肥微生物活动有着密切的关系。
因此,在堆制时,一要适当加入一些人粪尿或碳酸氢铵,以促进微生物的分解活动;二要在堆制后10天左右翻倒1次,以后每隔7天倒1次,共翻2~3次即可。
翻倒的作用主要是将原料混拌均匀、受热一致和流通空气,保证好气性微生物活动繁殖快,促进秸秆腐烂,缩短堆腐时间。
(六)及时调整堆内酸度。
堆内的微生物适宜在中性和微碱性条件下进行活动,当酸度过大时,可加入适量的石灰和草木灰,以中和堆内的酸度,保持微生物的活动有个良好的生活环境。
这样堆制的玉米秸秆肥,大约经过5~3天就可达到黑、烂、臭的质量标准。
二、制作玉米青贮饲料(一)青贮窑准备。
大型牛场和羊场青贮量很大,为装窑和取料方便,宜建成地上式青贮窑,宽3~4米,深4~5米,长度根据青贮饲料量的多少决定。
玉米秸秆处理实施方案

玉米秸秆处理实施方案玉米秸秆是农作物的一种副产品,其综合利用对于农业生产和环境保护具有重要意义。
为了更好地处理玉米秸秆,提高其资源化利用率,我们制定了以下实施方案。
首先,玉米秸秆可以通过深翻埋土的方式进行处理。
在玉米收割后,将秸秆集中堆放,然后进行深翻埋土,使其能够与土壤充分接触,促进其分解和转化。
这种处理方式不仅可以减少玉米秸秆的露天堆放,还能够有效改善土壤结构,提高土壤肥力。
其次,玉米秸秆还可以用于生物质能源的生产。
通过秸秆颗粒机等设备将玉米秸秆进行打碎、压制,制成生物质颗粒燃料,用于生物质能源的生产。
这种处理方式不仅能够有效利用玉米秸秆资源,还能够减少对传统能源的依赖,减少环境污染。
另外,玉米秸秆还可以进行生物质肥料的生产。
将玉米秸秆进行发酵处理,制成有机肥料,用于农作物的生产。
这种处理方式不仅可以减少化肥的使用,降低农业生产成本,还能够改善土壤质量,提高农作物产量和品质。
此外,玉米秸秆还可以用于制作纸浆和纸张。
通过化学方法将玉米秸秆进行脱胶、漂白等处理,制成纸浆,再进行造纸生产。
这种处理方式不仅可以减少对木材资源的开采,还能够减少环境污染,保护森林资源。
最后,玉米秸秆还可以用于生态环境的改善。
将玉米秸秆进行堆肥处理,用于城乡绿化、园林树木的肥料,改善生态环境。
这种处理方式不仅可以减少生活垃圾的处理压力,还能够促进城乡绿化,改善人居环境。
综上所述,玉米秸秆的综合利用具有重要意义,我们制定的实施方案能够有效处理玉米秸秆,并充分发挥其资源化利用价值。
希望广大农民朋友能够积极采纳并实施,共同推动农业生产和环境保护工作。
生物质材料玉米秸秆的用途

生物质材料玉米秸秆的用途作者:崔佳鹏李广志来源:《农机使用与维修》2015年第03期摘要我国是一个农业大国,玉米秸秆资源丰富,随着科学技术不断进步,农业机械化水平随之相应提高,玉米秸秆作为生物质材料被开发出越来越多的用途,除了作为猪饲料、肥料,还可以作为工业用料,甚至可以用作发电、转化成其他生物资源等,人们不断地将玉米秸秆变废为宝,使生物质材料玉米秸秆发挥能源的最大效益。
关键词秸秆生物质材料用途一、直接利用生物质材料玉米秸秆可以通过还田的方式被直接利用,是被全球普遍重视的增产措施。
玉米通过收割机粉碎后,埋入土地,可以提高土壤有机质含量,增加孔隙度,有利于微生物和作物根系的生长,有效改良土壤质量,避免秸秆燃烧产生的空气污染。
秸秆还田作用明显,可增产5%以上,在具体的实践过程中,必须采取合理的还田措施,否则会造成负面影响,由于菌种不平衡给作物带来危害。
二、传统用途玉米秸秆的传统用途包括用作饲料、肥料、建房、养蓄积肥等,将玉米芯、秸秆磨碎,或者用粉碎机粉碎,在开水中泡1~2天,再将其进行研磨,磨好的粉末加水煮熟,凉了以后可以作为饲料。
在研磨之前,可以先将材料炒熟,炒熟之后的饲料芳香四溢,有利于下一步的喂食,有助于猪对饲料的消化。
玉米秸秆含有糖、氨基酸等多种丰富的营养成分,发酵可提高玉米秸秆的营养价值,使饲料的味道更佳,原材料添加植物茎叶碾碎后,以4∶1的比例加入酒曲,再加入水,搅拌均匀后在缸内压紧,密封缸口,搁置半个月,然后打开密封缸。
喂猪的饲料若有剩余,可以埋在具有一定深度的地下,玉米秸秆中具有三成以上的碳水化合物、2%~4%的蛋白质、0.5%~1%的脂肪,经过一段时间的发酵,饲料可以转化为植物所需要的肥料,有利于棉花、小麦幼苗的生长,并且可以通过处理后培养食用菌。
三、作为工业用料在目前的房地产开发项目中,板块成为其中最大的因素,被广泛利用于家具的各个方面。
秸秆是纤维类植物,是高效长远的轻工、纺织、建材原料,经过加工后可以生产节能环保的新型墙体板材,提供耐高温、寿命长、隔音好的建材材料,可代替砖、木板、瓷砖,被广泛应用到建筑行业。
玉米秸秆基质化利用技术

玉米秸秆基质化利用技术基质化利用技术是一种将生物质资源转化为生物质基质以供后续利用的技术。
玉米秸秆基质化利用技术就是将玉米秸秆经过合适的处理方法,转化为可用的基质产品,用于土壤改良、植物栽培、能源生产等方面。
本文将对玉米秸秆基质化利用技术进行介绍,重点从处理方法、产品应用和技术发展方向等方面展开讨论。
一、玉米秸秆基质化处理方法1. 碎裂处理:将玉米秸秆进行碎裂处理是基质化利用的第一步。
将秸秆经过粉碎机、切割机等设备处理,使其纤维结构破碎,增加表面积,有利于后续的化学处理和微生物降解。
2. 化学处理:化学处理是将碎裂后的秸秆进行化学反应,改变其结构和性质的方法。
常用的化学处理方法包括酸碱处理、氧化还原处理等。
这些处理可以使秸秆的纤维素、半纤维素和木质素等成分发生分解或改性,提高其吸水性、透气性和养分释放速度。
3. 生物降解:利用微生物对玉米秸秆进行降解是一种环保、高效的处理方法。
通过调节降解微生物的种类和数量,控制降解条件(温度、湿度、通气等),可实现对秸秆的快速有效降解,产生有机肥料或基质土壤改良剂。
1. 有机肥料:经过处理的玉米秸秆可以作为有机肥料使用。
其含有的丰富纤维素、半纤维素和木质素等成分,可提供土壤所需的养分和有机质,改善土壤结构,增强土壤保水保肥能力。
2. 基质土壤改良剂:将处理后的玉米秸秆与其他有机物或矿物质材料混合,制成基质土壤改良剂。
该产品可应用于植物栽培、园艺、花卉栽培等领域,具有良好的保水保肥性能和通气性,有助于植物生长。
3. 生物燃料:经过化学处理的玉米秸秆可以用作生物质燃料。
其高纤维素含量和低水分含量使其成为一种理想的生物质能源,可用于生物质燃烧发电、生物质热能供热等方面。
三、玉米秸秆基质化利用技术发展方向1. 绿色环保:未来玉米秸秆基质化利用技术将更加注重绿色环保,减少化学药剂的使用,推动微生物降解技术和生物质燃料技术的发展,减少对环境的污染。
2. 高效利用:通过进一步优化处理方法,提高玉米秸秆的利用率,降低资源浪费。
玉米秸秆的综合利用

方式。玉米秸秆还田可以分为 3种方式 ,即秸秆直接还田 、 秸
秆 间 接 还 田 、秸 秆 生 化 腐 熟 快 速 还 田 。秸 秆 直 接 还 田具 有 方 便、 快捷 、 降 低 成 本等 优 点 , 所 以 目前被 广 泛 应 用 , 直接 还 田 也 包 括 高 留茬 还 田 、 覆盖免耕还田 、 机 械 粉 碎还 田 等 方 式 。秸 秆 间 接 还 田则 包 括 沼 渣 还 田 、 高温 堆 沤还 田及 过 愎 还 田 , 其 中过 腹 还 田 是综 合 利 用 率 比 较 高 , 而 且效 果 较 好 的 一 种 应 用 方 式 。 秸 秆生化腐熟快 速还田是一种 比较现代的秸 秆应用方式 , 具 有快速 、 机械化程度高等优点 , 并能确保肥效高 、 持久 、 稳定 。
I 技术推广与应用
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玉米秸秆 的综合 利用
张维 东 , 韩喜 国 z , 任 英 , 王 秀飞 , 刘 鹏
( 1 . 吉林 省农 业科 学 院农 村 能源 与规 划研 究所 , 吉林 长春 1 3 0 0 3 3 ; 2 . 吉林 省农科 院洮 南试 验站 , 吉林 洮 南 1 3 7 1 0 0 )
一
方式 有 : 加 工 成 型 燃 料 。将 玉 米 秸 秆 加 工 后 成 为 高效 低 污 染 的燃 料 , 例 如将秸秆 碳化成 碳粉制 成蜂 窝碳 , 可 以代 替煤作 为燃 料 ; 转化为沼气 。建 沼气 池 , 用玉米秸秆作 原料 , 产气 用 于生活 用 电, 据 调查 , 一个 1 0 m , 的 沼气池 , 如 果 能 够 常 年 产 气, 基 本 能 够 满 足 一 个 四 口之 家 的 日常 生 活 用 电 、 用水 , 能 够 代替 1 . 8吨煤 ; 秸秆 发电。利用秸秆 发电 , 既 能够缓解 电力紧 缺的问题 , 又能够减少 C O 的排 放 , 降低污染 。
玉米秸秆的利用

xx秸秆的利用核心提示:玉米籽实成熟收穗后的黄干秸秆,是农区发展草食家畜生产潜力巨大的饲料资源。
但收穗后的秸秆,随着水分的丧失,秸秆内营养物质发生一系列的变化,细胞壁变厚老化,粗纤维增加,木质素增多,并且结构稳定,营养成分难玉米籽实成熟收穗后的黄干秸秆,是农区发展草食家畜生产潜力巨大的饲料资源。
但收穗后的秸秆,随着水分的丧失,秸秆内营养物质发生一系列的变化,细胞壁变厚老化,粗纤维增加,木质素增多,并且结构稳定,营养成分难以被家畜消化吸收;随着叶绿素的消失,维生素(如胡萝卜索)的含量大幅度降低,结果使干秸秆饲料质地粗硬,适口性下降,消化率低,营养价值不高,利用受到限制。
要充分开发利用秸秆资源,需经科学处理调制,从营养角度计算,3,4kg秸秆经加工调制后喂牛相当于1kg玉米饲料的营养价值,玉米的粮秸比是1:1.8,也就是说收1t玉米粮的地内有1.8t玉米秸秆,如果全部用来处理调制喂牛,相当于又收获0.5t左右的玉米饲料。
大力推广秸秆养牛,过腹还田,不仅节省粮食,而且使玉米秸秆资源得到合理利用。
随着科学的发展,专家们对秸秆利用的研究,取得了一定的进展。
就现在处理调制技术水平,秸秆只适于喂牛羊。
处理调制需注意以下三个方面:1)处理调制要结合反刍动物瘤胃的特点来调控;2)处理方法要考虑投资的多少,尽量把秸秆处理的成本降到最低点;3)要能取得较好的经济效益。
现简介几种适于农区推广的处理调制方法:1物理处理物理处理秸秆通常是调制秸秆饲料的前期工作,经物理处理过的秸秆虽不能提高消化率,但能提高适口性,增加采食量。
有条件的专业户和育牛场可用适当功率的粉碎机将秸秆粉碎后再调制,粉碎长度控制在1,2之间为宜。
2青贮秸秆青贮秸秆是牲畜冬春的主要青绿多汁饲料,它是将乳熟期全株玉米青刈铡短,每节3,5,青贮秸秆含水量在70%为佳。
若雨天青秸秆水分含量过高,可加适量干秸秆粉、玉米粉、糠麸等降低青贮原料含水量。
青贮秸秆易制作,贮量大,保藏期长,可调节季节粗料余缺。
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1、玉米秸秆简介主要由植物细胞壁组成,基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。
木质素将纤维素和半纤维素层层包围。
纤维素是一种直链多糖,多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维;半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成;木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。
其中,木质素是一种燃料,半纤维素可水解为五碳糖,而纤维素水解为六碳糖比较困难。
秸秆中的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素,前两者可以降解为单糖用于发酵生产丁醇。
但是纤维素的降解条件较为苛刻,需要消耗的大量纤维素酶才能使其有效降解,这样从秸秆中的己糖来生产丁醇就面临高成本的压力。
而秸秆中的半纤维素较容易降解,使用稀酸处理的方法可以将半纤维素几乎全部降解为单糖纤维素生物质是由纤维素(Cellulose 30-50%),半纤维素(Hemicellulose20-40%),和木质素(Lignin 15-30%)组成的复杂材料。
纤维素分子是由n个葡萄糖苷通过β-1,4糖苷键连接起来的链状聚合体,纤维素大分子之间通过氢键聚合在一起形成纤维束。
半纤维素是一大类结构不同的多聚糖的统称,这类聚糖包括葡萄糖、甘露聚糖、半乳聚糖、木聚糖、阿拉伯聚糖以及果胶,而木聚糖占组分的一半以上。
木质素是由苯基丙烷结构单元通过碳~碳键连接而成的具有三维空间结构的高分子聚合物。
半纤维素位于许多纤维素之间,就像一种填充在纤维素框架中的填充料;而木质素是一种镶嵌物质,在纤维素周围形成保护层。
纤维素、半纤维素和木质素在不同原料中所占的比例各不相同,故利用的难易程度也会有差异。
一些常见的植物纤维素各组分比例见表1.表1 常见植物纤维原料的组成木质纤维素原料纤维素Cellulose(w%)半纤维素Hemicellulo木质素LigninLignocellulose(w%)(w%)se小麦杆[2]35~45 20~30 8~15玉米杆[3]40 30 24玉米纤维[4]19 29 8稻壳[5]36 12 15甘蔗渣[6]43 31 11大豆杆[7]25 12 18树木硬木[8]40~55 24~40 18~25软木45~50 25~35 25~35新闻纸40~55 25~40 18~30废纸60~70 10~20 5~10纤维素生物质中的糖以纤维素和半纤维素的形式存在。
纤维素中的六碳糖和和玉米淀粉中含有的葡萄糖一样,可以用传统的酵母发酵成乙醇。
而半纤维素中含有的糖主要为五碳糖,传统的酵母无法经济地将其转化为乙醇,每一种植物的确切成分都不尽相同。
纤维素存在于几乎所有的植物生命体中,是地球上最丰富的分子。
一直以来,将纤维素生物质转化成乙醇是科学家们面对的巨大挑战。
酸、高温等苛刻的条件都曾经被用来尝试将纤维素分子打断、水解成单一的糖。
随着石油资源的逐渐枯竭和环境的日益恶化,大力推广使用可再生能源技术已成为许多国家能源发展战略的重要组成部分,以减少对化石能源的依赖和温室气体的排放。
纤维素乙醇技术,是一种高端的清洁能源技术,因为它可以被用来替代传统的粮食乙醇技术,利用地球上广泛存在的纤维素质生物原料生产清洁的乙醇燃料,被寄予了很高的期望。
1.2纤维素制取乙醇的基本原理纤维素废弃物的主要有机成分包括纤维素、半纤维素和木质素三部分。
前二者都被水解为单糖,单糖再经发酵生成乙醇,而木质素不能被水解,且在纤维素周围形成保护层,影响纤维素水解[9]。
半纤维素是由不同多聚糖构成的混合物, 聚合度较低, 也无晶体结构, 故较易水解。
半纤维素水解产物主要是木糖, 还包括少量的阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖和甘露糖, 含量因原料不同而不同。
普通酵母不能将木糖发酵成乙醇, 因此五碳糖的发酵成为研究的热点。
纤维素的性质很稳定, 只有在催化剂存在下, 纤维素的水解反应才能显著地进行。
常用的催化剂是无机酸和纤维素酶, 由此分别形成了酸水解和酶水解工艺, 其中的酸水解又可分为浓酸水解工艺和稀酸水解工艺。
纤维素经水解可生成葡萄糖, 易于发酵成乙醇。
木质素含有丰富的酚羟基、醇羟基、甲氧基和羰基等活性基团, 可以发生氧化、还原、磺甲基化、烷氧化和烷基化等改性反应。
通过木质素改性和综合利用, 可提取许多高附加值的化学产品, 为提高木质纤维素生产燃料乙醇的经济性开辟了新的途径, 日益受到科技工作者得重视。
1.3纤维素制取燃料乙醇的关键技术由于木质素、半纤维素对纤维素的包裹作用以及纤维索本身的结晶状态,天然形态的纤维素很难直接被微生物利用转化为乙醇,一般通过预处理、水解和发酵3个关键步骤,木质纤维素原料才能高效转化为乙醇。
预处理可以破坏纤维素的结晶结构,去除木质素和半纤维素,扩大纤维素酶在纤维素表面上的接触面积;酶解过程是在纤维素酶的作用下将纤维素转化为以葡萄糖为代表的可发酵糖;再利用各种微生物发酵葡萄糖生成乙醇。
1.4纤维素制取燃料乙醇的生产工艺目前用于生产木质纤维素燃料乙醇的工艺主要有四种:分步糖化和发酵(SHF)、同时糖化和发酵(SSF)、同时糖化和共发酵(SSCF)以及联合生物加工(CBP)。
而其中最具应用前景的是SSCF和CBP,本文着重介绍的是SSCF。
SSCF共分八个工段:进料feed handling,预处理pretreatment & conditioning,糖化与共发酵saccharification & co-fermentation,产品纯化production purification,废水处理wastewater treatment,储罐storage,燃烧器/锅炉/蒸汽轮机以及公用系统burner/boiler/turbogenerator and utilities。
我们从中选出四个工段进行仿真,即预处理、发酵、产品纯化和废水处理。
本文涉及到的是产品纯化过程中的核心设备的衡算,数据汇总,物料平衡及热量衡算。
2、玉米秸秆预处理因玉米秸秆结构复杂,不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,同时纤维素具有高度有序晶体结构。
要经过预处理,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构,降低聚合度。
常见预处理方法有:物理法、化学法、物理化学法和微生物法等。
2.1挤压膨化法(物理处理法)是将原料粉碎后调节至一定水分,加入挤压机内,物料在螺杆的旋转推动下向前运动, 同时被剪切、挤压。
并且在摩擦热的作用下温度可接近 140℃;在从挤压机中喷出,物料的压力突然降低、体积迅速膨胀,纤维素晶体结构被破坏,从而为纤维素的酶解处理创造条件。
该方法生产过程连续,不需要消耗蒸汽,而且具有灭菌效果。
2.2 湿氧化法(化学处理法)是指在加温加压条件下,水和氧气共同参加的反应。
湿氧化法对玉米秸秆处理效果很好,纤维素遇碱,只引起纤维素膨胀,形成了碱化纤维素,但能保持原来骨架,加入Na2CO3后起缓和作用,能防止纤维素被破坏,使木质素和半纤维素溶解于碱液中而与纤维素分离。
这样得到的纤维素纯度较高,且副产物很少。
匈牙利 Eniko等人采用湿氧化法在195℃,15min,1200千帕O2, Na2CO32g/L条件下,对60g/L玉米秸秆进行预处理。
其中 60%半纤维素、30%木质素被溶解,90%纤维素呈固态分离出来,纤维素酶解转化率(ECC)达85%左右。
2.3 酸处理法(化学处理法)该方法可追溯到 1980年。
该法是采用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等对纤维素原料进行预处理,其中以硫酸研究和应用的最多。
处理后,半纤维素首先水解得到无碳糖,纤维素的结晶结构被破坏,原料疏松,可发酵性强。
但水解前必须将 pH值调整到中性,还应该注意反应器的耐酸性。
2.4 蒸汽爆破法(物理化学处理法)是用蒸汽将原料加热至180~200℃,维持5~30min,也可加热到245℃,维持 0.5~2.0min。
高温高压造成木质素的软化,在迅速使原料减压,造成纤维素晶体和纤维束的爆裂,使木质素和纤维素分离。
该法成本较高,间歇蒸汽汽爆器对玉米秸秆进行爆破处理,经这种爆破器爆破的玉米秸秆,纤维素水解转化率(ECC)可达 70%以上。
2.5 生物方法具有节约化工原料、能源和减轻环境污染等方面的优点。
有许多微生物能产生木质素分解酶,如白腐菌,其分解木质素的能力较强,但活性较低,而且微生物处理周期长、菌体会破坏部分纤维素和半纤维素,降低纤维素的水解率,因此难以得到利用瑞典等北欧国家则利用无纤维素酶的担子菌突变株对纤维素材料进行脱木质素处理,取得了一定的效果。
3 工艺过程3.1浓酸水解用70%硫酸50℃的反应器中反应2~6h,半纤维素首先被降解,溶解物质经几次浓缩沥干后得到糖,水解后的固体残渣经脱水后,在30%~40%的硫酸中浸泡1~4h。
溶液再经脱水和干燥后,在70%硫酸下反应1~4h,回收的糖和酸溶液经离子交换,分离出的酸在高效蒸发器中重新浓缩,剩余的固体残渣则再循环利用到下一次的水解中。
主要优点是糖的回收率高,大约有90%的半纤维素和纤维素转化的糖被回收。
浓硫酸腐蚀性强,且从经济方面考虑必须回收浓硫酸,增加了工艺的复杂程度。
3.2 稀酸水解为解决浓酸水解法存在的问题,一般采用稀硫酸 (0.2%~0.5%),在较温和条件下进行。
一般分2个阶段:第1阶段为低温操作,从半纤维素获得最大糖产量;第2阶段采用高温操作使纤维素水解为六碳糖,糖的转化率一般为50%左右。
但稀酸水解容易产生大量副产物。
3.3酶水解酶水解是利用产纤维素酶的微生物或者纤维素酶制品,直接将半纤维素、纤维素水解成可发酵糖。
优点:在常压下进行,反应条件温和、效率高、能耗低、选择性强、环保效果好,显示出良好的应用价值和前景。
水解后可形成单一产物,产率较高(>95%)。