不同温度下氢氧化钠预处理对玉米秸秆甲烷产量的影响(英文)

利用农作物秸秆进行厌氧发酵生产沼气是解决我国农村能源紧张的重要途径,然而秸秆中难以降解的木质纤维结构导致在发酵过程中甲烷转化率较低。利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以玉米秸秆为发酵原料,分析了在不同温度条件下氢氧化钠(NaOH)预处理对秸秆木质纤维结构以及厌氧发酵产气效率的影响。结果表明,NaOH预处理能够显著降低玉米秸秆的木质纤维素含量,与未预处理的秸秆相比,经NaOH处理后的秸秆纤维素含量降低了24.4%~33.2%,半纤维素含量降低了14.2%~52.4%,木质素含量降低了9.3%~29.3%。在6%、8%和10%浓度中,经8%NaOH处理的秸秆在55℃下的甲烷产量最高,达到188.7 ml CH4·(g VS)?1,较未处理的增加了84.2%,因此可作为提高秸秆厌氧发酵产气效率的预处理方法。     

酸碱预处理对芦蒿秸秆厌氧发酵的影响

通过对芦蒿秸秆进行酸、碱预处理和厌氧发酵制沼气实验,比较不同的预处理方法对芦蒿秸秆产气性能的影响。结果表明,与对照组相比,碱处理能较好地改善秸秆的产气性能,其中2%NaOH处理效果最好,发酵初期VFA含量高达4882.34 mg·L?1,比对照组提高了705.21%,单位TS固体产气量为288.42 ml·g?1,较对照组提高了17.08%,甲烷含量最高可达61.14%。     

酸碱预处理对芦蒿秸秆厌氧发酵的影响

通过对芦蒿秸秆进行酸、碱预处理和厌氧发酵制沼气实验,比较不同的预处理方法对芦蒿秸秆产气性能的影响。结果表明,与对照组相比,碱处理能较好地改善秸秆的产气性能,其中2%NaOH处理效果最好,发酵初期VFA含量高达4882.34 mg·L^-1,比对照组提高了705.21%,单位TS固体产气量为288.42 ml·g^-1,较对照组提高了17.08%,甲烷含量最高可达61.14%。     

不同预处理方法对玉米秸秆吐温-80/酶水解的影响

比较了稀硫酸、氢氧化钠、氨水和氢氧化钙4种预处理方法对玉米秸秆吐温-80/酶水解的影响,结果表明:氢氧化钠预处理方法效果最佳,得到的总还原糖产率比未处理时提高了10.7倍.其红外光谱和广角X-谢线衍射谱图表明:经氢氧化钠预处理后,玉米秸秆中的木质素含量降低了62%,纤维素的结晶度也有所降低.     

玉米秸秆厌氧发酵制氢菌源的筛选及预处理研究

对联合预处理的秸秆利用微生物转化进行间歇或半间歇的产氢实验,采用牲畜动物粪便及堆肥作为产氢微生物菌种来源,筛选出玉米秸秆产氢的最佳菌源及菌源的最佳预处理方式。实验先后采用牛粪堆肥、新鲜牛粪、干羊粪、猪粪堆肥及牛粪和猪粪的混合堆肥进行产氢实验,实验结果表明在同样条件下以牛粪堆肥为菌源时累积产氢量最大;采用牛粪堆肥菌源进行预处理研究,得到的预处理最佳产氢条件为:菌源浸泡1d后,在0.25%的NaOH溶液中加热煮沸18min,然后再曝气30 min。     

NaOH/AQ预处理对玉米秸秆脱木质素及酶解性能的影响

对玉米秸秆进行氢氧化钠/蒽醌（NaOH/AQ）去木质化预处理,考察了预处理温度、时间和NaOH用量对玉米秸秆脱木质素程度的影响,并探讨了脱木质素程度对提高预处理后物料酶解性能的影响。L₉（3⁴）正交试验得出较适宜预处理工艺条件为：温度160℃,时间60 min,NaOH用量（以绝干原料质量计）2.8%;其他条件为AQ用量0.05%,固液比1：5（g：mL）,此时木质素脱除率为75%,酶解后聚糖转化率达到73.79%。随着物料脱木质素程度的提高,其酶解效率相应增加;当木质素脱除率达到一定程度后,预处理后的聚糖转化率达到最大值,继续提高木质素脱除率,聚糖转化率反而降低。响应面优化的酶水解工艺条件为纤维素酶用量30 FPU/g,β-葡萄糖苷酶10 IU/g,反应时间72 h,温度50℃,底物质量分数2.5%,此时还原糖得率为85.62%。对酶解液进行HPLC分析,酶解液中的葡萄糖质量浓度为14.83 g/L,木糖质量浓度为4.83 g/L。XRD分析显示,预处理前后纤维素的晶型没有变化,而结晶度由31.40%提高至46.91%,表明物料中木质素和半纤维素发生了不同程度的溶出。     

秸秆制甲烷预处理技术研究进展

秸秆制甲烷对缓解我国能源危机具有重要的意义,前期预处理技术能有效提高秸秆资源的利用率。介绍了秸秆预处理的物理化学法和微生物法,包括蒸汽爆破法、酸法、碱法、双螺杆物化组合法、微波辅助酸/碱法等。对这些方法进行了评价,为其他学者提供参考。     

有机溶剂预处理对玉米秸秆结构影响的初探

本文旨在初步探索有机溶剂预处理对农林废弃物结构的影响.以玉米秸秆为样品,用水(对比参照)和有机溶剂(丙酮、乙酸、乙醇)分别对玉米秸秆进行萃取预处理,将滤液、滤渣称重,并进行红外分析.结果表明,有机溶剂的预处理效果较好,萃取率由高到低的顺序为乙酸、丙酮、乙醇,有机溶剂的极性和溶解性共同决定了预处理效果.残渣和萃取液的结构...     

预处理方法对玉米秸秆利用的影响

分别用化学方法(稀硫酸、氢氧化钠、聚乙二醇-4000、曲拉通X-100)和物理方法(液氮超低温处理)对玉米秸秆进行预处理,比较了预处理后木质纤维素酶降解的效果。结果表明:氢氧化钠和液氮超低温处理的降解效率比较好,生成的糖最多。扫描电镜检测证明预处理后的秸秆物理结构发生了较大改变。对预处理后的秸秆进行发酵产沼气能力比较的结果表明,液氮处理后的秸秆产沼气的量最多。     

秸秆预处理方法的筛选

农作物秸秆组分结构特殊,秸秆中的木质纤维素很难被酸和酶降解。解决了木质素的降解问题,就能提高秸秆的降解性能。研究开发适宜的预处理技术是一种重要的降解木质素方法。通过预处理技术,使木质纤维素首先降解成简单成分,从而有利于随后的厌氧消化过程。通过试验,分析了不同的预处理方法对秸秆组分降解率的影响和污泥预处理方法的筛选,最终得出：最佳预处理方法为稀硫酸预处理法,处理条件如下：硫酸浓度：0．7％;处理温度：121℃;预处理时间：1h。     

厌氧发酵起始阶段通氧对玉米秸秆产甲烷特性的影响

基于厌氧发酵起始阶段的氧供应量控制,研究了厌氧发酵起始阶段通氧对玉米秸秆产甲烷特性的影响。当氧气供应量为10 ml·(g VS)^-1时,甲烷产量达到最大为299.8 ml·(g VS)^-1,相对于不做处理的样品甲烷产量提高了8.4%。但是,氧气供应量的继续提高并没有带来甲烷产量的升高,当氧气供应量大于40 ml·(g VS)^-1时,甲烷产量相对于不做处理的秸秆样品轻微下降。modified first order equation 模型拟合分析表明起始阶段微好氧处理可以加快底物的水解速度,但氧气供应量过大会延长厌氧发酵的延滞时间。另外,经过起始阶段通氧处理,秸秆厌氧发酵的VS降解率也有所提高。     

Effect of ultrasonic assisted KOH pretreatment on physiochemical characteristic and anaerobic digestion performance of wheat straw

In this study, ultrasonic field was applied during potassium hydroxide (KOH) pretreatment of wheat straw (WS). Three concentrations of KOH (2%, 4%, and 6%) were tested during pretreatment. The results showed that there was a significant influence of the ultrasonic assisted KOH pretreatment (KOH_Upt) on physiochemical characteristics of WS during pretreatment as well as on digester performance. The pretreatment time was optimized to 36 h for all KOH concentrations. The highest total volatile fatty acid (TVFA) productions (3189 mg·L⁻¹) from 6%KOH_Upt samples were observed. Similarly, the SEM analysis and FTIR observation revealed that KOH_Upt effectively disrupted the physical morphology of WS and successful breaking of lignin and hemicellulose linkage between carboxyl groups. Moreover, the highest biogasification (555 ml·(g VS_loaded)⁻¹) and biomethane productions (282 ml·(g VS_loaded)⁻¹) from 4%KOH_Upt digesters, with 69% of biodegradability, indicated significant availability of organic matter from KOH_Upt. The R² values (0.993–0.998) in Modified Gompertz Model indicated that the model was feasible to predict methane yield for this study. Similarly, the B_o values for 4%KOH_Upt (283.30 ± 2.74 ml·(gVS_loaded)⁻¹) were also in agreement to the experimental methane yield. These results suggested that ultrasonic addition during KOH pretreatment of WS can effectively increase the organic yield during pretreatment. Moreover, the increase in methane production from 4% KOH_Upt suggested that digester performance can be improved with lower KOH concentrations using this pretreatment.     

Improving physicochemical characteristics and anaerobic digestion performance of rice straw via ammonia pretreatment at varying concentrations and moisture levels

Rice straw physicochemical characteristics and anaerobic digestion(AD) performance via ammonia pretreatment at varying ammonia concentrations(2%, 4%, and 6%) and moisture contents(30%, 50%, 70%, and 90%)under a mild condition were investigated. The results showed that the ammonia pretreatment effectively damaged the rice straw structure, increased the soluble organic concentration, and improved rice straw hydrolysis and AD performance. After pretreatment, the ester bond and ether bond were ruptured in lignocellulose and the volatile fatty acids(VFAs) were within the range of 1457.81–1823.67 mg·L~(-1). In addition, ammonia pretreatment had high selectivity on lignin removal, resulting in a maximum lignin removal rate of 50.80%. The highest methane yield of rice straw was 250.34 ml·(g VS)~(-1) at a 4% ammonia concentration coupled with a 70% moisture content, which was 28.55% higher than that of the control. The result showed that ammonia pretreatment of rice straw is technically suitable to enhance AD performance for further application.     

碱预处理耦合零价铁强化含油污泥厌氧消化

含油污泥通常含较多的生物难降解性有机化合物,且污泥黏度大,乳化程度高,导致其厌氧消化潜力较低。污泥细胞破壁较慢,是污泥厌氧消化的限速步骤。本研究通过对含油污泥进行碱预处理,实现了污泥细胞破壁,并检测到胞内有机物质大量溶出,进而加快污泥水解为溶解态的小分子有机物,提高厌氧消化效率。另一方面,为了解决由预处理产生过量有机酸（如丙酸等）积累破坏厌氧系统内pH平衡的问题,本研究通过投加零价铁,促进丙酸等小分子向乙酸的转化,促进产甲烷,并最终使厌氧系统内pH保持平衡。研究结果表明：含油污泥经过碱预处理甲烷产量提高91.7%,同时污泥减量率提高了8%。碱预处理耦合零价铁粉,使得甲烷产量提高了105.4%,污泥减量率提高13%。进一步优化碱预处理pH条件,结果表明碱处理的最佳pH为9。     

污泥高温厌氧消化产甲烷及病原指示微生物灭活的研究

试验研究了剩余污泥在适宜碳氮质量比条件下,高温厌氧消化对产甲烷及病原指示微生物灭活的影响,分析比较了厌氧消化前、后污泥中病原指示微生物数量的变化。结果表明,高温厌氧消化能够有效地将污泥中的有机物分解,产生沼气,并且能够有效地杀灭上清液和污泥中的大肠杆菌、粪大肠杆菌和沙门氏菌。经过28d,55℃的高温厌氧消化后,消化液中总大肠杆菌下降约2.9个数量级、粪大肠杆菌下降约2.6个数量级,消化污泥中总大肠杆菌量下降3.4³.6个数量级、粪大肠杆菌量下降3.83.6个数量级、粪大肠杆菌量下降3.8⁴.3个数量级,而且在消化液和消化污泥中均未检测到沙门氏菌的存在。在适宜的碳氮质量比的条件下,高温厌氧消化能够有效地杀灭消化液和消化污泥中的病原指示微生物。     

低有机质污泥投加药剂联合低温热水解及后续厌氧发酵研究

污水厂污泥量日益增加,所含的有机物可用于厌氧发酵产甲烷,但目前多数污水处理厂多为低有机质污泥。本文围绕低有机质污泥投加不同药剂联合低温热水解对污泥溶解性物质变化及厌氧发酵规律的影响情况进行研究。结果表明,投加药剂联合低温热水解不仅有助于有机物[可溶糖、可溶蛋白和TVFA（挥发性有机酸（]的溶出与生成,而且有助于后续厌氧发酵产甲烷。在本实验所研究的低温热水解（污泥含固率为8%,热水解处理温度为90℃,处理时间为24 h）及药剂投加量[NaOH：0.018 g·（g DS（^-1、Ca（OH（₂：0.016 g·（g DS（^-1、CaCl₂：0.0375g·（g DS（^-1]的条件下,有机物溶出与生成的效果为NaOH> Ca（OH（₂> CaCl₂,其中热水解联合NaOH中可溶糖、可溶蛋白和TVFA浓度分别达到3051 mg·L^-1、10686 mg·L^-1和5740 mg·L^-1。对于产甲烷促进效果为NaOH> CaCl₂> Ca（OH（₂,其中投加NaOH后最大累积产甲烷量可达到101.9 ml·（g VS（^-1。     

厌氧消化系统过程稳定性研究和进展

现有常规工艺运行监控指标,对厌氧消化系统运行状况的指示性相对迟缓滞后,因而厌氧消化过程稳定性的研究受到世界各国的广泛关注。目前,厌氧消化系统过程稳定性的研究主要集中在挥发性脂肪酸(VFAs),复杂的中间代谢产物,碱度,H2的分压,酶活性,稳定性过程控制研究等方面的研究。厌氧消化过程稳定性研究的发展方向是开发出自动化,简单化,精度化,可靠化,商业化的监控技术。能够通过一些可靠,廉价的监控技术,对厌氧消化反应器进行在线监控是未来厌氧消化程稳定性研究发展的主要方向。     

农业秸秆湿干两级厌氧发酵制沼气技术

干式发酵过程由于需水量少而成为目前国内外沼气行业的一个重要发展趋势,但是干式发酵存在启动慢和传质不均匀的局限性。采用湿式发酵作为干式发酵的接种启动阶段,将湿式和干式联合,从而力求解决干式发酵的局限性,发展出湿干结合的两级厌氧发酵产沼气工艺,以提高干式发酵技术的效率。采用秸秆为底物进行两级厌氧发酵,考察了第一级湿式发酵时间对后续干式发酵的影响。设置3、5、10、15和25 d五个不同湿式发酵周期进行实验,结果表明,湿式发酵周期为10、15和25 d实验组的累计两级甲烷产气能力相当,分别为218.63、219.44和218.85 ml·（g VS）^-1,3 d[208.17 ml·（g VS）^-1]和5 d[185.83 ml·（g VS）^-1]实验组产气量均较低。从产气量、降解程度和实际工艺等角度综合分析得出,湿式发酵周期为10 d之后转入第二级干法发酵效果最佳。动力学拟合分析表明,RC（reaction curve）模型较GM（Modified Gompertz）和LM（Modified Logistic）模型更适用于本实验研究的厌氧发酵过程的数据模拟。     

Enhanced saccharification of corn straw pretreated by alkali combining crude ligninolytic enzymes

BACKGROUND: This work investigated the monokaryogenesis of dikaryon strains of Trametes hirsuta by protoplasts regeneration for extracellular ligninolytic enzyme production. Saccharification of corn straw was enhanced by alkali pretreatment combining crude ligninolytic enzymes. RESULTS: Effectiveness of alkali pretreatment of corn straw on delignification was evaluated under different concentrations. About 45% lignin loss was achieved at the concentration of 1.5% NaOH. In addition, 79.0% sugar yield was obtained after combined pretreatment with NaOH and crude ligninolytic enzyme produced from monokaryotic strains of Trametes hirsuta. Scanning electron microscopy (SEM) images showed that the porosity and surface area increased significantly after combined pretreatment. The FTIR spectra indicated that great intensity changes occurred at the 890–900 cm^?1, 1509–1513 cm^?1 and 1595 cm^?1 bands. CONCLUSION: The proposed combined pretreatment removes lignin and enhances saccharification of corn straw effectively. Copyright © 2012 Society of Chemical Industry