秸稈生物氣化預處理技術(shù)

安徽農學(xué)通報, Anhui Agi. Sei. Bull. 2010,16(15)57秸稈生物氣化預處理技術(shù)李浩冷云偉任恒星趙蘭(中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇徐州21008)摘要:秸稈作為一種可再生能源 ,其生物氣化利用為解決能源問(wèn)題提供了一個(gè)新的途徑。預處理是秸稈生物氣化中一個(gè)非常重要的環(huán)節,該文介紹了秸稈中木質(zhì)纖維素的結構和目前秸稈生物氣化預處理常用的幾種方法。關(guān)鍵詞:秸稈生物氣化;預處理;生物法;化學(xué)法;物理法中圖分類(lèi)號S216.2 .文獻標識碼A文章編號1007-7731 (2010)15-57-02Research Progress in Pretreatment of Straw GasificationLIHao et al.(School of Chemical Engineering and Technology , China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, JiangsuProvince, China)Abstract :Straws are renewable sources, which proride a new solution to solve the problemn with energy. The pretreatment ofstraws is a enucial step in producing biogas. This paper introduced the present pretreatment technology and gave a prospectfor the promising pretreatment method.Key words:Pretreatment technology of straw ;Biologial pretreatment ;Chemical pretreatment; Physical pretreatment我國是一個(gè)農業(yè)大國.耕地面積約1.3 x 10'hm2 ,農作發(fā)酵原料,必須首先對其進(jìn)行預處理，目的就是降低纖維物秸稈資源十分豐富。據統計,我國每年生產(chǎn)的各類(lèi)農作素的聚合度、結晶度,破壞木質(zhì)素、半纖維素的結合層,脫物秸稈達5.7 x 10*t,占世界秸稈總產(chǎn)量的20% ~ 30%。去木質(zhì)素,增加有效比表面積,使纖維素被充分利用。目秸稈是生物質(zhì)能源的重要原料" ,作為一種可再生資源，前,預處理方法主要有生物法、化學(xué)法.物理法等。如果能夠將秸稈中的纖維索、半纖維素等多糖經(jīng)濟有效地木質(zhì)素水解為單糖,并進(jìn)-一步用于發(fā)酵生產(chǎn)招氣、氫氣等能源物質(zhì),對于緩解能源緊張,改善生態(tài)環(huán)境有重要意義。但是秸稈直接作為主要發(fā)酵原料卻存在著(zhù)發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間長(cháng)、利用率低、產(chǎn)氣率低.容易結殼和原料的進(jìn)出難等問(wèn)題!”。主要原因是秸稈中的纖維素被木質(zhì)索和半纖維素包裹,使得纖維素酶與纖維素不能充分接觸,纖維素難以被降解。預處理的作用就是改變天然纖維素的結構,降纖維素低纖維素的結晶度，脫除木質(zhì)素或半纖維素，增加纖維素與纖維索酶的可接觸面積,從而提高纖維素酶的效率”。結構蛋白1秸稈中木質(zhì)纖維素 的結構圈1木質(zhì)纖維素結構示意圈(4]纖維素是植物的結構多糖,是它們的細胞璧的主要成2.1生物法生物預處理就是在人工控制下,利用一些分,纖維索是線(xiàn)形葡聚糖.殘基間通過(guò)β(1→4)糖苷鍵連分解木質(zhì)素的細菌.真菌等微生物除去木質(zhì)素以解除其對接的纖維二糖是它的二糖單位，半纖維索是賊溶性的植物纖維素的包裹作用,包括營(yíng)養調節和混合菌處理等方法。細胞壁多糖,大量存在于植物的木質(zhì)化部分,半纖維索和2.1.1營(yíng)養調節營(yíng)養調節 主要體現在碳氮比上,常見(jiàn)木質(zhì)素通過(guò)共價(jià)鍵聯(lián)結成網(wǎng)絡(luò )結構,纖維索鑲嵌其中,其的做法有2種:一是與碳氮比低的發(fā)酵原料混和發(fā)酵,例結構如圖1。如與畜禽糞便混和等;另外就是添加一些化學(xué)元素.如加2秸稈的預處理尿素或碳酸氫餒。將2%的氨水和秸稈在1100的溫度下由于木質(zhì)纖維索的特殊結構,要想直接利用秸稈作為處理2 h,秸稈中揮發(fā)性有機質(zhì)的產(chǎn)氣率達到0.47L/g,與作者簡(jiǎn)介:李浩(1988 -),男,江蘇徐州人,學(xué)生,研究方向:生物工程。收稿日期:2010-07 -0258安徽農學(xué)通報, Anbui Agri Sei Bull. 2010,16(15)沒(méi)有處理的秸稈相比,產(chǎn)氣率提高了17.5% 5)。(LHW),蒸汽爆破法是指在0.69 -4.83MPa的壓力下,用21.2混合菌處理 對木質(zhì)素 的降解最有效的微生物是蒸汽將物料加熱到200 ~ 240 ,維持30s ~ 20min,使半纖白腐真菌,最常用的白腐真菌有Pharerochacte Chrysopri-維素水解,同時(shí)木質(zhì)素軟化和部分降解。液態(tài)高溫水技術(shù)um ,Coriolus versicolor 等白腐菌,依靠這些菌產(chǎn)生的木質(zhì)是指將物料置于高壓狀態(tài)的熱水中,溫度為200 ~ 230C，素分解酶系對秸稈中的木質(zhì)素進(jìn)行分解。但是秸稈的生處理物料2~ 15min,可除去4% ~ 22%的纖維素,35% ~物降解是個(gè)復雜的過(guò)程,完成降解的生物并不只有一種而60%的木質(zhì)素以及所有的半纖維素”。液態(tài)高溫水法與是一個(gè)菌群。因此,用混合菌處理能提高木質(zhì)素的分解蒸汽爆破法的水解產(chǎn)物的總量和濃度不同,液態(tài)高溫水法率。席北斗等'將康氏木毒、白腐菌、變色栓菌與EM菌、的總量比較高,但是其濃度卻較低(°。固氮菌解磷菌解鉀菌按- -定配比擴大培養制成復合菌3 結束語(yǔ)劑,經(jīng)堆漚處理,結果表明，纖維素降解發(fā)酵周期為4~簡(jiǎn)易的物理法可以提高秸稈原料的利用率,其優(yōu)點(diǎn)在5d,酶活性顯著(zhù)提高。于成本低廉.使用方便,但降解速度及發(fā)酵速率不高,而且2.2化學(xué)法化學(xué)法是使用酸 、堿、有機溶劑等作用于作能耗較大,成本較高?；瘜W(xué)法需要用大量的化學(xué)試劑，易物秸稈,破壞細胞壁中半纖維素與木質(zhì)素形成的共價(jià)鍵，造成化學(xué)污染,而且成本也偏高處理后的基質(zhì)在后續的破壞纖維素的結晶結構,打破木素與纖維素的連接,達到菌種接種操作過(guò)程中還锘要處理，例如對酸或賊的中和。提高秸稈消化率的目的。常見(jiàn)的方法包括酸處理、堿處用生物法預處理秸稈具有能耗低、所需環(huán)境條件溫和、無(wú)理、氨處理和氧化還原試劑處理等。人們較常采用的稀酸污染等物理化學(xué)及其它方法不可替代的優(yōu)點(diǎn),應用前景廣處理方法,處理效率較高,在溫度高時(shí)所需時(shí)間較短。稀閣,將在秸稈生物氣化以及農業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來(lái)越重要的酸預處理雖然可以有效提高纖維素的水解速率,但其成本作用。偏高,而且基質(zhì)在后續的操作過(guò)程中需要對酸進(jìn)行中和參考文獻處理”]。[1]張文斌,張龍全.秸稈氣化技術(shù)研究現狀與對策分析[J].中國表1幾種常用的化學(xué)法比較[61農機化209 (06).預處即方法化學(xué)試制用溫度(心) 壓力()反應時(shí)間(mi)_ [2] 劉睿,萬(wàn)楚筠， 秸稈預處理技術(shù)存在的問(wèn)題與發(fā)展前景[J]. 環(huán)羈硫酸水解0.5路-3.0%硫散 130-200 3-152-30境科學(xué)與技術(shù)209 (05).氨紆維燁破法10%(1;1)無(wú)水氮70-90 15-20氨同收過(guò)濾法10%-15%氨150-170 9-1710-20[3]焦瑞身。微生物工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003 :246石灰法0.05-0. 5SC(0H)p/g 70-130 1-6.1-6- 247.2.3物理法物理方法主要 是通過(guò)改變原料的物理結構[4]任普鮮,蔣劍春.木質(zhì)纖維案快速熱解產(chǎn)物生產(chǎn)燃料乙醇研究來(lái)增加纖維素與酶接觸的表面積，從而提高纖維素的利用進(jìn)展[J]生物質(zhì)化學(xué)工程209 (03).[5]席北斗.劉鴻亮,孟偉,等.垃圾堆肥高效復合微生物菌劑的制率,常用的有機械粉碎和加熱預處理等。備[J].環(huán)境科學(xué)研究,2003 ,16(2):58 -60.23.1機械粉碎用球磨 、振動(dòng)磨輥筒等將纖維索原料[6] Charles E Wymana, Bruce E Daleb, et al Coordinated development進(jìn)行粉碎處理,致使木質(zhì)索和半纖維素與纖維素的結合層of leading biomass pretrealment tchnologes[J]. Bioresoure Tecb-被破壞,半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的聚合度降低,纖維素nology :2005.96( 18) , 1959 - 1960.的結晶構造改變。粉碎處理可提高反應性能和提高水解[7] 金慧,王繁春.等.木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇預處理技術(shù)研的糖化率.有利于酶解過(guò)程中纖維素酶或木質(zhì)素酶發(fā)揮作究進(jìn)展[].酸酒科技,2009 (07).用”。但是這種方法對提高木質(zhì)纖維紫原料的分解率有[8]袁麗婷。玉米秸稈預處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國釀造,2008限,而且對能源的消耗量較高,增加了秸稈氣化的成本。(20).2.3.2加熱預處理當把木質(zhì)纖維素 原料加熱到150~[9]AT w. M Hendris . C. Zeeman . Petrealments to enhance the180C以上時(shí)，首先是半纖維素然后是木質(zhì)素就會(huì )開(kāi)始水digetibility of lgnocellulosie bionmas[ J]. Bioresoure Technology,2009 , 100(1),12-13.解形成酸,這些酸可能會(huì )進(jìn)-步促進(jìn)半纖維素的水解。加(責編:陶學(xué)軍)熱預處理中常用的有蒸汽爆破法(SE)和液態(tài)高溫水法GB/T 7714 -2005薯錄用文字5.1 句號、問(wèn)號、嘆號逗號頓號、分號和冒號- -般占-個(gè)字的位置.居左偏下,不出現在- -行之首?！?.2 引號括號、書(shū)名號的前- -半不出現在- ~行之末，后-半不出現在-行之首。.5.3破折號和省略號都占兩個(gè)字的位置,中間不能斷開(kāi)。連接號和間隔號-般占-個(gè)字的位置。這四種符號上下居中。