秸稈發(fā)酵制沼氣研究現(xiàn)狀

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1、秸稈發(fā)酵制沼氣研究現(xiàn)狀摘要：利用作物秸稈生產(chǎn)可再生能源是解決環(huán)境污染和開辟新的能量資源的重要途徑之一。秸稈中含有大量的纖維素、木質(zhì)素，這是導(dǎo)致用秸稈制備沼氣時產(chǎn)氣率低的主耍因素。本文綜述了國內(nèi)外用物理法、化學(xué)法、牛物法預(yù)處理秸稈的相關(guān)研究進(jìn)展，建議將其中的兩種或三種方法結(jié)合起來處理秸稈，提高產(chǎn)氣率。關(guān)鍵詞：秸稈：發(fā)酵；沼氣；預(yù)處理我國是一個能源短缺的國家，也是生物質(zhì)資源大國。據(jù)統(tǒng)計，中國每年產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈總量約7億t,除去用于造紙、飼料或飼料原料以及造肥還田外，還有約3.7億t秸稈可作為能源物質(zhì)加以利用。農(nóng)作物秸稈是一種重

2、要的富含冇機(jī)質(zhì)（80%?90%）的生物質(zhì)能源。因此，利用現(xiàn)代技術(shù)將作物秸稈轉(zhuǎn)化為高效、潔凈、方便的高品位能源一一沼氣，對緩解我國常規(guī)能源緊張狀況，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善都具有重要意義。秸稈中含有大量的纖維素、木質(zhì)素，這是導(dǎo)致發(fā)酵速率低的主要因素。若將秸稈直接入沼氣池進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氣慢、產(chǎn)氣量少、不經(jīng)濟(jì)、無法大面積推廣應(yīng)用。因此，冃前的研究主耍集屮在秸稈的預(yù)處理方面，使秸稈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)牛變化，秸稈變?nèi)彳?、疏松，以利于厭氧微牛物分解利用。秸稈的預(yù)處理方法包括物理、化學(xué)和生物方法。1物理方法物理方法(Physica

3、lMethods)有機(jī)械加工、高壓和/或高溫蒸煮以及輻射處理等。常用的機(jī)械方法有切碎、粉碎、蘑碎、高溫球蘑等。其冃的是增加厭氧微生物與基質(zhì)的接觸面積，或通過破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)使之易于消化。研究發(fā)現(xiàn)用APS-D(anaerobic-phasedsolidsdigestersystem)反應(yīng)器對稻草進(jìn)行厭氧發(fā)酵，粉碎的稻草比未經(jīng)處理的稻草產(chǎn)氣率提高17%,而高溫處理過的稻草與未處理的稻草相比，其固體含量大大降低，且產(chǎn)氣率提高。當(dāng)溫度從60°C上升到110°C時，其產(chǎn)氣率提高了2.5%?7.5%,然而產(chǎn)氣量并不是隨著溫度的上升而直線

4、上升。2化學(xué)方法化學(xué)方法(ChemicalMethods)主要有氯化、堿化、酸化、氧化等。2.1堿化技術(shù)堿化處理就是用NaOIKCa(0II)2或K0II等溶液浸泡秸稈或噴灑于秸稈表面，以打開纖維素、半纖維素和木質(zhì)素Z間的酯鍵，溶解纖維素、半纖維素和一部分木質(zhì)素及硅酸鹽，使纖維素膨脹，從而提高消化率。Detroy等人的研究結(jié)果表明，用百分含量為2%,濃度為0.5mol/L的NaOII對秸稈預(yù)處理4小時，可以轉(zhuǎn)化76%的纖維素物料。Ilam訂ton等人發(fā)現(xiàn)用NaOH處理可以提高纖維素的轉(zhuǎn)化率。D肛等人發(fā)現(xiàn)，在室溫條件下，用質(zhì)

5、量百分含量為1%的NaOH溶液對麥秸處理7天，厭氧消化過程中微生物的消化率和生物轉(zhuǎn)化率均得到不同程度的提高。MahendySingh等人研究表明：用0,3.3,6.7,10%的氫氧化鈉（相對干物質(zhì)添加量）溶液噴灑到麥秸上，其有機(jī)物質(zhì)消化率為53%,63%,63%,62%oB.G.Ololade的研究結(jié)果表明：室溫條件下，玉米秸稈經(jīng)NaOH處理24小時后，其有機(jī)物質(zhì)消化率隨氫氧化鈉添加量的提高而提高，氫氧化鈉相對干物質(zhì)添加量為8%時,玉米秸稈的干物質(zhì)消化率為21.5%。但是當(dāng)NaOIl添加量超過8%時，該變化趨勢不明顯。這與

6、D.CraigAnderson等人的研究結(jié)果相同。SurcshChandra與Androwt等人的研究結(jié)果顯示添加10%氫氧化鈉為時，纖維素的降解達(dá)到最大。纖維素消化率的提高，有利于微生物的生長，從而達(dá)到提高產(chǎn)氣率的目的?？导邀惐容^了4%?10%（以麥秸干重計）NeiOll預(yù)處理過對產(chǎn)氣量的影響。結(jié)果顯示經(jīng)6%NaOH預(yù)處理后的麥秸在65g?L-l負(fù)荷率下的單位TS產(chǎn)氣量最高，為380.9mL?g-l,與未處理麥秸相比，提高了49.9%,厭氧消化時間縮短了19do龐云芝的研究顯示氫氧化鈉處理玉米秸中文發(fā)酵的產(chǎn)氣量比未處理玉

7、米秸提高了77.0%,比常溫消化的未處理玉米秸提高了263.6%o高志堅的研究顯示與未處理和經(jīng)生物處理玉米秸相比，經(jīng)NaOlI化學(xué)預(yù)處理后的玉米秸的產(chǎn)氣量分別提高了114%和74%。楊懂艷的研究顯示在玉米秸稈的負(fù)荷率為65g/L時，氫氧化鈉添加量為6%,玉米秸稈單位質(zhì)量生物氣產(chǎn)量最高，比未處理的秸稈提高了61.4%。2.2氨化技術(shù)氯化處理就是用氨水、無水氨或尿素處理秸稈。氨化具有三種作用：第一種是堿化作用，氨為堿性，故可起到與堿化處理方法同樣的作用；第二種是氨化作用，氨與秸稈中的有機(jī)物發(fā)生變化，生成錢鹽，成為厭氧微牛物的氮

8、素來源，被微牛物利用，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。第三種是中和作用，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。試驗表明氨水具有較好的氯化性能。張瑞紅等人的研究表明：當(dāng)用2%的氨水處理秸稈，其厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量可以提高17.5%