1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上秸稈厭氧發(fā)酵預(yù)處理技術(shù)簡介 摘 要 秸稈是含有大量木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，難被細(xì)菌直接分解，這限制了秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)的發(fā)展。預(yù)處理可提高秸稈發(fā)酵速率和效率。本文介紹了目前國內(nèi)外秸稈厭氧發(fā)酵預(yù)處理的主流技術(shù)，并指出了秸稈厭氧發(fā)酵預(yù)處理技術(shù)未來的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞 秸稈 厭氧發(fā)酵 預(yù)處理 中圖分類號：S210.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 農(nóng)作物秸稈資源是地球上最豐富的可再生資源，世界每年可產(chǎn)生近20億噸秸稈。隨著世界化石能源日趨枯竭，人類將瀕臨能源危機(jī)，農(nóng)作物秸稈資源作為高效清潔的可再生能源一直備受人們的關(guān)注。目前秸稈資源化主要有秸稈飼料化、秸稈還田、秸稈工業(yè)原料化和秸稈生物能

2、源化技術(shù)。其中最具有代表性、發(fā)展最早的是秸稈木質(zhì)纖維素原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)，現(xiàn)在已發(fā)展成為制取清潔高效安全的生物天然氣。此技術(shù)已成為21世紀(jì)的研究熱點(diǎn)，具有十分深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)價值和戰(zhàn)略意義。 但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，秸稈發(fā)酵產(chǎn)氣率并不高，這是因?yàn)榻斩捴心举|(zhì)纖維素含量高且難以分解，因此造成秸稈厭氧消化發(fā)酵啟動慢、分解慢、發(fā)酵時間長、產(chǎn)氣率低等問題。由此需要對秸稈進(jìn)行有效的預(yù)處理，從而提高秸稈發(fā)酵的速率及效率。 1厭氧發(fā)酵預(yù)處理技術(shù) 農(nóng)作物秸稈中木質(zhì)纖維素含量相對較高，而木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，厭氧微生物對其水解較弱，水解緩慢且程度很低，進(jìn)而影響后續(xù)的酸化和產(chǎn)甲烷。由此需要對秸稈進(jìn)行有效預(yù)處理，并優(yōu)

3、化厭氧發(fā)酵條件，提高秸稈發(fā)酵產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣質(zhì)量。目前國內(nèi)外秸稈發(fā)酵預(yù)處理主要技術(shù)有物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)、生物技術(shù)、物理化學(xué)技術(shù)和化學(xué)生物聯(lián)合處理技術(shù)等。 1.1物理預(yù)處理技術(shù) 物理技術(shù)是最常見的生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)，主要是通過縮小生物質(zhì)粒度來降低結(jié)晶度，破壞木質(zhì)素、纖維素、半纖維素之間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加生物質(zhì)秸稈的比表面積，使得生物質(zhì)軟化而進(jìn)一步分離、降解，從而增加酶對纖維素的可及性，提高纖維素的酶解轉(zhuǎn)化率。主要技術(shù)方法有機(jī)械粉碎、冷凍粉碎、高溫分解、超聲波、蒸汽爆破、微波處理、高能輻射處理等。 1.1.1機(jī)械粉碎 機(jī)械粉碎是通過各種機(jī)械剪切力將秸稈原料變成小切片或細(xì)小的顆粒。粉碎后的原料聚合度降低，

4、纖維素的水解率增加。不僅可以破壞秸稈表面的蠟質(zhì)層，而且可以增加厭氧微生物與基質(zhì)的接觸面積，進(jìn)而破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。但由于機(jī)械粉碎工藝一般效率較低，通常會聯(lián)合其它方法對秸稈原料進(jìn)行預(yù)處理。 1.1.2高溫?zé)峤?高溫?zé)峤忸A(yù)處理包括液相高溫?zé)崴纸夂透邷胤纸鈨煞N，二者都需在高溫下進(jìn)行。高溫作用下秸稈原料中的纖維素、半纖維素等發(fā)生快速水解，且水解產(chǎn)率高，預(yù)處理后的纖維素具有較高的酶消化性。但高溫?zé)峤忸A(yù)處理需要消耗大量的水和熱量，因此成本高、能耗高。若要進(jìn)行工業(yè)化利用，必須降低水耗和能耗。 1.1.3蒸汽爆破 蒸汽爆破預(yù)處理是在蒸汽爆破的過程中，大量的高壓蒸汽滲入纖維內(nèi)部，并以氣流的方式從封閉的孔隙中釋放出

5、來，促使纖維發(fā)生一定程度的機(jī)械斷裂，同時破壞纖維素內(nèi)部的氫鍵，改變纖維素內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。蒸汽爆破預(yù)處理，可使秸稈中總固形物和揮發(fā)性固形物含量降低，半纖維素和纖維素降解率顯著提高，總產(chǎn)氣量增加明顯，是一種有效的預(yù)處理方式之一。但蒸汽爆破設(shè)備要求高壓條件，且投資成本較高，因此蒸汽爆破的理論和技術(shù)還有待進(jìn)一步研究和突破。 1.2化學(xué)預(yù)處理技術(shù) 化學(xué)預(yù)處理是利用化學(xué)方法來破壞半纖維素與木質(zhì)素間的共價鍵，從而提高原料降解率的方法。該方法能夠破壞纖維素、半纖維素、木質(zhì)素之間的結(jié)晶性，可加速天然纖維素溶解。化學(xué)方法主要有酸化、氨化、堿化等，目前較常采用的是堿化法。 1.2.1酸處理 常用的酸預(yù)處理劑包括硫酸、硝

6、酸、磷酸等。酸預(yù)處理可提高反應(yīng)速率，增加纖維素的水解性，從而提高產(chǎn)氣率。覃國棟等研究發(fā)現(xiàn)，酸處理可顯著改變水稻秸稈的生物降解性質(zhì)，顯著提高產(chǎn)氣效率。但酸處理劑具有強(qiáng)腐蝕性，對發(fā)酵設(shè)備損害嚴(yán)重。 1.2.2堿處理 堿預(yù)處理可使木質(zhì)素大分子碎片化，并溶解于反應(yīng)溶液中，同時使纖維素膨脹，半纖維素溶解，進(jìn)而提高剩余多聚糖的反應(yīng)性，但這種作用的效果取決于木質(zhì)素的含量。當(dāng)原料中木質(zhì)素的含量高于20%時，堿預(yù)處理對后續(xù)酶的水解反應(yīng)幾乎不起作用。常用的堿預(yù)處理劑有NaOH、KOH、Ca（OH）2和氨等。堿溶液作為預(yù)處理劑效果顯著，成本較低，操作安全，但與酸預(yù)處理類似，存在后續(xù)殘余物回收及腐蝕的問題，這些預(yù)處理

7、方法對環(huán)境均會造成污染。 1.2.3氨化處理 氨化處理就是用氨水、無水氨或尿素處理秸稈。氨化具有三種作用：（1）堿化作用，氨為堿性，故可起到與堿化處理方法同樣的作用；（2）氨化作用，氨與秸稈中的有機(jī)物發(fā)生變化，生成銨鹽，成為厭氧微生物的氮素來源，被微生物利用，并同碳、氧、硫等元素一起合成氨基酸，進(jìn)一步合成菌體蛋白；（3）中和作用，氨呈堿性，可與秸稈中的有機(jī)酸結(jié)合，消除秸稈中潛在的酸性，提高微生物的活性，從而提高秸稈的消化率。 1.3生物預(yù)處理技術(shù) 生物預(yù)處理技術(shù)是利用某些微生物（包括真菌、基因工程菌和酶類） 來降解原料中的木質(zhì)素。其技術(shù)關(guān)鍵就是尋求強(qiáng)木質(zhì)素降解能力的菌種，并確定其適宜的發(fā)酵條件。常用的真菌有白腐菌、褐腐菌和軟腐菌，其產(chǎn)生的木質(zhì)素分解酶系作用于物料，可提高纖維素和半纖維素的轉(zhuǎn)化率。堆漚預(yù)處理是目前較為常用的秸稈生物預(yù)處理方式。 1.4聯(lián)合預(yù)處理技術(shù) 各種預(yù)處理方法都