玉米秸秆干发酵制取沼气的试验研究(3)

（４）秸秆生物基化工产品技术

利用生物质（如秸秆等）生产化工原料是目前发展潜力较大的行业之一。目前通过生物技术可以得到乙醇、丙酮、丁酸、Ｌ乳酸等化工原料，通过热解技术可以合成甲醇、ＣＯ、Ｃ０２、Ｈ２、ＣＨ４及饱和或不饱和烃类化合物，通过化学反应可以得到改性纤维素（如羧甲基纤维素等）。但现在的技术存在目标产物浓度低、产物复杂、分离困难等缺点，需要进一步的研究。

（５）秸秆燃料化技术

生物质能是可再生能源，作物秸秆是整个生物质能的主要组成部分，是重要的生物３

牛粪 秸秆 厌氧发酵

绪论

质能资源之一。利用新技术把作物秸秆转换成高效、洁净、方便的高品位能源，既可缓解我国常规能源紧张状况、提高农村人民的生活质量，同时又可解决秸秆的出路问题、减少其对环境的不利影响。秸秆生物转化燃料的方式有沼气发酵和乙醇发酵等多种形式（刘国喜，庄新姝，１９９９），如秸秆制炭技术、秸秆制酒精技术、秸秆热解气化技术、秸秆厌氧消化产甲烷技术。

１．２秸秆降解制取沼气的厌氧发酵概况

１．２．１厌氧干发酵概况

厌氧发酵技术同时具有能源和环保效益，因此得到许多学者广泛而深入的研究。厌氧发酵又称厌氧消化，是在厌氧条件下由多种微生物共同作用使有机物分解生成甲烷和二氧化碳的过程。厌氧发酵过程受大量的细菌、原生动物以及真菌的调控，反应机理复杂，如果不对反应过程各参数进行严格控制，因此，存在转化率低，甲烷含量不高等问题。

干法发酵是指以固体有机废弃物为原料（其中总固体含量在２０％以上），进行厌氧发酵的一种工艺。干发酵的主要优点是节约用水，节省管理沼气池所需的工时，池容产气率较高，可缩小池体积等（曲静霞等，１９９７）。干发酵物料中总固体含量较高，在发酵过程中容易产生过量的有机酸，引起发酵物料的酸化，导致ｐＨ值下降，从而停止产生甲烷。发酵物料的酸化是大量有机酸积累的结果，其实质是发酵性细菌将可溶性物质（如可溶性糖类、肽、氨基酸和脂肪酸等）分解转化为乙酸、丙酸、丁酸等的反应，与甲烷菌利用这些酸的反应的平衡被破坏，即产生酸量大于被利用的有机酸的量，因而造成发酵物料的酸化。为了防止酸化现象的产生，常用的方法有：（ａ）加大接种物用量，使

（ｂ）将原酸化与甲烷化速度能尽快达到平衡，一般接种物用量为原料的１／３～ｌ／２；

料进行堆沤，使易于分解产酸的有机物在好氧的条件下分解掉一大部分，同时降低了碳氮比；（ｃ）原料中加入１～２％的石灰水，以中和所产生的有机酸。所以，干发酵工艺技术的关键是ｐＨ值的控制，即维持产酸和用酸的平衡。经过几个月的试验证明，本试验完全能够做到这一点。沼气干发酵由于其发酵原料的干物质浓度高而导致的进出料难、传热传质不均匀、酸中毒等问题，是沼气干发酵的技术难点，对此国内外都进行了深入的研究。

１．２．２沼气的发酵概况

沼气是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷，其次是二氧化碳，４

牛粪 秸秆 厌氧发酵

沈阳农业大学硕士学位论文

此外还有少量的其他气体，如硫化氢、氮气、水蒸气、一氧化碳等。沼气的性质由组成它的气体性质及相对含量而决定，其中以甲烷和二氧化碳对沼气性质影响最大。

沼气发酵过程实质是微生物的物质代谢和能量转换过程，在分解代谢过程中沼气微生物获得能量和物质，以满足自身生长繁殖，同时大部分物质转化为甲烷和二氧化碳。这样各种各样的有机物质不断地被分解代谢，就构成了自然界物质和能量循环的重要环节。据报道，科学的测定分析结果表明：有机物约有９０％被转化为沼气，１０％被沼气微生物用于自身消耗（林聪等，２００７）。一

２０世纪初，Ｖ．Ｌ．Ｏｍｅｌｉａｎｓｋｙ（１９０６）提出了甲烷形成的一个阶段理论，即由纤维素等复杂有机物经甲烷细菌分解而直接产生ｃＨ４和ｃ０２；从２０世纪３０年代起，有人按其中的生物化学过程而把甲烷形成分为产酸和产气两个阶段；至１９７９年，Ｍ．Ｐ．Ｂｒｙａｎｔ等人根据大量的科学事实，提出把甲烷形成过程分为三个阶段（赵一章，１９９７），即水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段，甲烷形成过程的三个阶段如图卜ｌ；此外，对甲烷形成过程分为的划分还有四阶段理论，但人们一般以发酵三阶段作为理论依据。

不溜性蛋白羽雏碳水化台物不溶性脂肪

水

解水解水解

＿’

酸

化酸化酸化

乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸

船也

产甲烷

口蚀

圈１－１厌氯发酵的三个生物化学反应阶段

Ｆｉｇｐｌ ｌＴｈｒｅｅｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｎｇｅｅｏｆａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ

牛粪 秸秆 厌氧发酵

绪论

１．２．３秸秆预处理方法降解木质纤维素的研究现状

木质素与半纤维素以共价键形式结合，将纤维素分子包埋在其中，形成一种天然屏障，使酶不易与纤维素分子接触（Ｌｅｏｎｏｗｉｃｚ．Ａ．，１９９９）。解决这个问题的一个有效方法就是对木质纤维素进行适当的预处理，许多的物理、化学、生物等方法都被尝试研究以促进木质纤维素的降解。

１．物理方法

物理方法（ＰｈｙｓｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓ）有机械加工、高压或高温蒸煮以及辐射处理等。常用的机械方法有切碎、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。据报道，经过粉碎后的稻草秸秆比未经处理的稻草秸秆的产气率提高１７０／６０，而高温处理过的稻草秸秆与未处理的稻草秸秆相比，其固体含量大大降低，且产气率提高。当温度从６０。Ｃ上升到１１０＂Ｃ时，其产气率提高了２．５￣７．５％，然而产气量并不是随着温度的上升而直线上升。

２．化学方法

化学方法（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓ）主要有氨化、碱化、酸化、氧化等。其中，碱化处理技术就是用ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＲ）：或ＫＯＨ等溶液浸泡秸秆或喷洒于秸秆表面，以打开纤维素、半纤维素和木质素之间的酯键，溶解纤维素、半纤维素和一部分木质素及硅酸盐，使纤维素膨胀，从而提高消化率。ＮａＯＨ对秸秆预处理可以降解木质素，并且用ＮａＯＨ和可溶性木质素和半纤维素释放底物可以提高纤维素底转化率。在室温条件下，用质量百分含量为ｌ％的ＮａＯＨ溶液对麦秸处理７天，厌氧消化过程中微生物的消化率和生物转化率均得到不同程度的提高。

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：第一种是碱化作用，氨为碱性，故可起到与碱化处理方法同样的作用；第二种是氨化作用，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Ｉ司碳、氧、硫等元素一起合成氨基酸，进一步合成菌体蛋白。第三种是中和作用，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。试验表明氨水具有较好的氨化性能，Ｄ．ＣｒａｉｇＡｎｄｅｒｓｏｎ等人的研究表明添加量为６％干物质的氨水具有较好的预处理效果。利用氨水处理的技术木质素降解不明显，纤维素的降解较为明显。６

牛粪 秸秆 厌氧发酵

沈陴ｉ农业大学硕士学位论文

３．生物方法

生物方法（ＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓ）就是利用具有强木质纤 …… 此处隐藏：2719字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……