复合菌系MC1预处理对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷效率的提高

采用高效纤维素分解菌复合系MC1对玉米秸秆进行预处理,以提高玉米秸秆厌氧甲烷发酵的效率和产气量。复合菌系预处理的结果表明,预处理发酵液的pH值呈先下降后升高的趋势,与以往的复合菌系发酵产物pH值特性相似。在14 d的预处理过程中,秸秆质量减少了59.0%,其中纤维素减少了53.1%,半纤维素减少了76.4%。发酵液中的可溶性糖含量最大值出现在第2 d,为1.44 g/L。化学需氧量（COD）和挥发性产物最大值均出现在第4 d,监测到的5种挥发性产物的量分别为乙醇2.38 g/L、乙酸0.57 g/L、丙酸0.11 g/L、丁酸0.62 g/L和甘油0.22 g/L,因此,处理4 d后最适合甲烷发酵。厌氧发酵的结果表明,与未处理的玉米秸秆的厌氧发酵相比,预处理后的秸秆总产气量和总甲烷量分别了提高了33.0%和58.1%。结果表明,MC1对玉米秸秆预处理后,可明显提高甲烷产量,具有较高的利用潜力。     

沼液预处理玉米秸秆产沼气工艺参数优化

沼液作为厌氧发酵的废弃物处理存在困难,但沼液可以对秸秆类原料进行预处理,为沼液的综合利用提供可能。为优化沼液预处理玉米秸秆的条件,提高玉米秸秆厌氧消化产气量,该文以沼液预处理前后的纤维素、半纤维素、木质素含量以及产气量为指标,根据CCD(centralcompositedesign)试验设计原理,选取沼液添加比例、温度和时间为因素,建立三者之间的模型。试验结果表明:随着预处理TS(total solid)的降低,时间的延长,木质纤维素的降解率越高,而温度在30℃时木质纤维素的降解率达到最大。从产气量来看木质纤维素降解率并不是越高越好,过分的追求木质纤维素的降解会对产气量产生影响,经过响应面法优化产气量后得出最佳的预处理工艺为:沼液添加比例19.08%、预处理温度(30±1)℃、预处理时间为5 d,总产气量可提高30.76%。     

复合菌剂和NaOH预处理提高秸秆厌氧消化性能

为提高纤维素类原料厌氧消化性能,降低处理成本,该研究采用复合菌剂和2%、4%、6%、8%NaOH（以玉米秸秆干物质质量计）对以玉米秸秆为代表的纤维素类发酵原料进行预处理,研究不同预处理方式对纤维素等成分的含量、厌氧消化性能和生产成本的影响。试验结果表明,经复合菌剂和NaOH处理后,秸秆的木质素、纤维素和半纤维素总含量显著降低,产气量和产气效率提高,其中,添加6%NaOH的预处理方式效果最佳,复合菌剂次之,与未处理相比,单位干物质质量产气量从120.70 mL/g分别提高到374.30和334.76 mL/g,厌氧消化时间从大于30 d缩短到18和19 d。采用复合菌剂和2%、4%、6%、8%NaOH预处理生产沼气所需的可变成本分别为0.72、0.80、0.98、1.09和1.57元/m3。综合考虑产气效率和生产成本,复合菌剂预处理由于具有较低的处理成本、较高的产气效率和较短的消化时间更利于推广应用。     

利用近红外光谱测定玉米非淀粉组分中纤维素及半纤维素含量

玉米非淀粉组分是可再生的生物质资源,为实现玉米皮渣中纤维素及半纤维含量的快速检测,该研究以偏最小二乘法(PLS)建立数学模型,探讨一阶导数及二阶导数平滑等预处理对建模的影响,建立玉米皮渣中纤维素及半纤维素近红外分析模型.研究结果表明,纤维素模型的定标集和验证集相关系数为0.9806和0.9799,定标集标准偏差(SEE...     

不同土著菌及其复合菌对玉米秸秆降解的影响

为研究一种高效的玉米秸秆降解复合菌,选取了木质素降解优势土著菌密黏褶菌、环状芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、栗褐链霉菌、黄孢原毛平革菌、杂色云芝、绿色木霉、黑曲霉,对各单一菌种对玉米秸秆的降解能力进行了测定,通过菌种间的拮抗试验,将单一菌种进行组合,初步构建了一组木质纤维素降解复合菌。结果表明：在整个35 d的预处理周期中,黑曲霉、绿色木霉对秸秆中纤维素、半纤维素体现了较高的降解能力,黑曲霉、绿色木霉对半纤维素的降解率分别为47.81%、37.53%,对纤维素的降解率分别为38.96%、46.32%;黄孢原毛平革菌、杂色云芝对玉米秸秆中的木质素体现了较强的降解能力,对木质素的降解率分别为43.56%、39.17%;菌种拮抗试验表明该试验所选用的真菌、放线菌及细菌之间无拮抗反应,可以进行混合培养;对复合菌预处理前后的玉米秸秆微观结构进行扫描电镜分析,发现在降解过程中复合菌对木质纤维素的结构产生了破坏作用,提高了木质纤维素的可及性;木质素、纤维素、半纤维素的含量在整个发酵过程中都在逐渐减少,发酵结束时复合菌对半纤维素的降解率最高达到48.53%,纤维素的降解率为36.38%,木质素的降解率为40.11%,在提高木质素降解率的同时减少了纤维素消耗。该研究为秸秆类生物质降解及利用提供了参考依据。     

复合微生物预处理玉米秸秆提高其厌氧消化产甲烷性能

为促进微生物预处理方法在提高玉米秸秆高效厌氧消化产甲烷方面的应用效果,该文研究了由黑曲霉(Aspergillus)、木霉(Trichoderma)、草酸青霉(Penicillium)和白腐真菌组成的复合微生物菌系HK-4,对玉米秸秆预处理及厌氧消化产气性能的影响。将复合微生物菌系加入到粒径为0.7~1 cm玉米秸秆中,在28℃恒温条件下190 r/min震荡培养15 d,测得纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别可达64.52%、51.06%和3.89%。使用经HK-4处理过的玉米秸秆,用于沼气生产,发酵32 d,复合微生物菌系组共产生7364 m L气体,比未处理组提高了27.4%;预处理4 d,复合微生物处理组甲烷体积分数即可提升到40%以上,之后20 d在45%~53%之间波动,而未经HK-4处理过的玉米秸秆,甲烷体积分数在第6天才稳定到36.7%。     

两种水分含量下生物质炭对黑土N2O排放及硝化反硝化基因丰度的影响

生物质炭对土壤结构改良、土壤肥力提升和农田温室气体排放具有重要意义。本研究以吉林省梨树县典型黑土为研究对象，通过培育实验，研究不同土壤水分含量（40%WHC和100%WHC）下，生物质炭种类（玉米秸秆生物质炭和稻壳生物质炭）和施加量（0%、1%和4%（w/w））对黑土N2O排放及硝化反硝化功能基因丰度的影响。结果表明，随着秸秆生物质炭施加量的增加，土壤N2O排放呈下降趋势，4%高量秸秆生物质炭添加下，土壤N2O排放量仅为1%低量秸秆生物质炭添加下的33.9%。同时土壤NO- 3-N也表现出一致性规律，4%高量生物质炭添加下土壤NO- 3-N含量显著低于1%低量生物质炭。在100%WHC土壤水分状况下，玉米秸秆生物质炭显著增加了土壤N2O排放，而稻壳生物质炭则显著降低了土壤N2O排放。高土壤水分显著促进了土壤N2O排放，进一步为实时荧光定量PCR结果所证实，高土壤水分通过增加nirS基因丰度进而促进了土壤反硝化作用过程，而4%高量稻壳生物质炭添加下nosZ基因丰度显著高于玉米秸秆生物质炭添加，表现出更强的N2O还原潜力。尽管amoA-AOA基因丰度在不同生物质炭添加量下并未发生显著变化，但amoA-AOB基因丰度在高量玉米秸秆生物质炭添加下显著下降。结果说明，土壤水分和生物质炭通过影响土壤硝化反硝化微生物的营养底物和代谢过程，进而影响土壤N2O排放特征。     

生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化过程氮素转化的影响

为了研究添加生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化处理过程中氮素转化特征的影响,分析堆肥过程中氮素的转化及损失规律,用西红柿茎蔓、玉米秸秆和猪粪按一定比例混合后添加不同比例的生物质炭,进行了为期30 d的堆肥发酵试验。结果表明,添加生物质炭能够提高堆体温度,使堆体快速进入高温期,延长高温持续时间,可降低挥发性氨的累积释放量,减少堆肥过程中的氮素损失,从而提高堆肥产品全氮的含量,并可促进堆肥后期NH+4-N向NO-3-N转化,提高非酸水解态氮的含量。添加生物质炭有利于堆肥的腐熟,在堆肥第18 d添加较高比例的生物质炭的处理其NH+4-N/NO-3-N≤0.5,堆肥产品达到腐熟。综合保氮和腐熟效果,蔬菜废弃物在堆肥化过程中以添加10%的生物质炭为最佳。     

玉米秸秆和污泥共热解制备的生物质炭及其对盐碱土壤理化性质的影响

[目的]研究不同温度制备的玉米秸秆和污泥基生物质炭不同施加量对盐碱土壤基本理化性质的影响,为盐碱土改良及土壤污染物质的生态修复等方面的研究提供科学依据。[方法]以质量比5∶2的玉米秸秆和剩余活性污泥为原料,分别在300,350,400,450,500℃共5个不同温度条件下热解制备生物质炭,通过扫描电镜、元素分析和红外光谱对其性质及结构进行分析,并通过培养试验研究其对盐碱土壤基本理化性质的影响。[结果]随着热解温度的升高,生物质炭微观结构越发达,比表面积越大,表面官能团的种类和数量也产生了显著性变化;同时随着热解温度逐渐升高,生物质炭C含量不断增加,而O,H和N含量却逐渐降低;添加玉米秸秆和污泥共热解制备的生物质炭能够显著增加盐碱土壤中有机碳含量,而土壤中总氮、总磷、有效磷、速效钾含量变化幅度较小;水溶性盐含量降低明显;加入生物质炭后大幅度提高了土壤阳离子交换能力,添加量越大,阳离子交换量越大;但生物质炭对土壤pH值影响不大。[结论]玉米秸秆和污泥基生物质炭提高了土壤养分含量和肥力指标,降低了土壤盐碱性。玉米秸秆和污泥基生物质炭可用于盐碱土壤的改良。     

两步法预处理制备生物质燃料乙醇

为了扩展燃料乙醇制备的预处理工艺的发展方向,该文针对燃料乙醇制备的2种新预处理方法——半纤维素分离两步预处理法和木质素分离两步预处理法进行了试验研究。分别以能源植物柳枝稷和农业废弃物玉米秸秆为原料,考查了这2种方法对酶水解过程中糖产量的影响。结果表明,半纤维素分离两步预处理法对柳枝稷的较优处理条件为:第一步预处理用3%质量分数的过氧化氢溶液在50℃处理16h,第二步预处理用去离子水在121℃处理30min,最终酶水解可获得89%的纤维素转化率;木质素分离两步预处理法对玉米秸秆的较优处理条件为:第一步预处理用碱性乙醇溶液(1%质量分数氢氧化钠和70%质量分数乙醇)在80℃处理2h,第二步预处理为去离子水在135℃处理30min,最终酶水解可获得83%的纤维素转化率;扫描电镜观察,柳枝稷和玉米秸秆的纤维束均被破坏,纤维素酶的作用面积得到提高。同时,分离提取了部分半纤维素和木质素,可以回收提纯,应用于高附加值化学产品的制备。这一结果表明,这2种方法为实现燃料乙醇制备工程工业化提供依据。     

一种降解秸秆的丝状真菌的分离和定性方法

建立了一种新的简单的分离秸秆降解丝状真菌的方法,用此方法从东北寒地黑土中分离出真菌56株,其中丝状真菌46株。这种分离方法简述为：先用土壤或者堆肥浸渍秸秆至接近腐烂,再用酒精对接近腐烂秸秆进行表面灭菌,最后用土豆葡萄糖琼脂培养基培养并分离秸秆中微生物,这样分离的微生物大多为产丝真菌。用添加或者不添加硝酸铵、酵母粉和黑土浸液等辅助物的秸秆粉制成不同培养基,这些培养基用来比较其对分离的微生物的生长的影响。结果表明,同一微生物在不同培养基中生长区别很小,同一培养基不同微生物生长区别较大。选择了只含秸秆粉而不添加辅助物的培养基作为微生物是否降解秸秆的定性培养基,对分离的56株真菌以水稻、大豆和玉米3种秸秆进行降解定性鉴定,结果显示：该方法筛选的46株丝状真菌都能降解3种供试秸秆。     

Enzyme production by wood-rot and soft-rot fungi cultivated on corn fiber followed by simultaneous saccharification and fermentation

This research aims at developing a biorefinery platform to convert lignocellulosic corn fiber into fermentable sugars at a moderate temperature (37 °C) with minimal use of chemicals. White-rot (Phanerochaete chrysosporium), brown-rot (Gloeophyllum trabeum), and soft-rot (Trichoderma reesei) fungi were used for in situ enzyme production to hydrolyze cellulosic and hemicellulosic components of corn fiber into fermentable sugars. Solid-substrate fermentation of corn fiber by either white- or brown-rot fungi followed by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with coculture of Saccharomyces cerevisiae has shown a possibility of enhancing wood rot saccharification of corn fiber for ethanol fermentation. The laboratory-scale fungal saccharification and fermentation process incorporated in situ cellulolytic enzyme induction, which enhanced overall enzymatic hydrolysis of hemi/cellulose components of corn fiber into simple sugars (mono-, di-, and trisaccharides). The yeast fermentation of the hydrolyzate yielded 7.8, 8.6, and 4.9 g ethanol per 100 g corn fiber when saccharified with the white-, brown-, and soft-rot fungi, respectively. The highest ethanol yield (8.6 g ethanol per 100 g initial corn fiber) is equivalent to 35% of the theoretical ethanol yield from starch and cellulose in corn fiber. This research has significant commercial potential to increase net ethanol production per bushel of corn through the utilization of corn fiber. There is also a great research opportunity to evaluate the remaining biomass residue (enriched with fungal protein) as animal feed.     

化学与生物预处理对玉米秸生物气产量影响的初步比较研究

为实现玉米秸的高效能源化转化，提出通过生物与化学预处理提高厌氧消化效率和生物气产量的新方法。研究了经白腐真菌Pleurotus florida生物处理和经氢氧化钠、氨水与尿素化学处理后，玉米秸主要成份木质素、纤维素、半纤维素、总氮和干物质等的变化规律，及其对生物气产量的影响。对经不同处理后的玉米秸进行了相应厌氧消化试验。结果显示，除尿素处理外，所有其它处理都可不同程度地提高玉米秸的产气量；其中，经氢氧化钠处理的获得了最高的产气量，与未处理和经生物处理的玉米秸相比，其产气量分别提高了78.3%和13.2%。由于化学处理方法简单、管理容易、处理时间短，并可获得较高的产气量，因此，在大规模应用时，推荐使用氢氧化钠作预处理（添加量为干物质质量的8%）。该研究结果为大幅提高玉米秸的产气量提供了一个新的有效的方法。     

Solid-substrate fermentation of corn fiber by Phanerochaete chrysosporium and subsequent fermentation of hydrolysate into ethanol

The goal of this study was to develop a fungal process for ethanol production from corn fiber. Laboratory-scale solid-substrate fermentation was performed using the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium in 1 L polypropylene bottles as reactors via incubation at 37 degrees C for up to 3 days. Extracellular enzymes produced in situ by P. chrysosporium degraded lignin and enhanced saccharification of polysaccharides in corn fiber. The percentage biomass weight loss and Klason lignin reduction were 34 and 41%, respectively. Anaerobic incubation at 37 degrees C following 2 day incubation reduced the fungal sugar consumption and enhanced the in situ cellulolytic enzyme activities. Two days of aerobic solid-substrate fermentation of corn fiber with P. chrysosporium, followed by anaerobic static submerged-culture fermentation resulted in 1.7 g of ethanol/100 g of corn fiber in 6 days, whereas yeast ( Saccharomyces cerevisiae) cocultured with P. chrysosporium demonstrated enhanced ethanol production of 3 g of ethanol/100 g of corn fiber. Specific enzyme activity assays suggested starch and hemi/cellulose contribution of fermentable sugar.     

NaOH处理玉米秸秆厌氧生物气化试验研究

提出通过NaOH化学处理以改善玉米秸秆的可生物消化性能、提高玉米秸秆厌氧消化产气量的方法。NaOH添加量为玉米秸秆干物质的8%。对未处理和经NaOH处理的玉米秸秆进行了厌氧消化对比试验研究，厌氧消化负荷率为35，50，65和80 g/L。分析并比较了两者在不同负荷率下的日产气量、累积产气量、单位TS和VS产气量等。结果显示，与未处理玉米秸相比，NaOH处理过的玉米秸的干物质消化率和产气量明显提高，在35，50，65，80 g/L负荷率下，产气量分别提高了13.1%，39.8%，48.3%和47.8%，单位TS、VS的产气率分别提高了13.1%～48.3%、23%～61.3%；两种玉米秸分别在35和65 g/L负荷率下获得了最高单位TS产气量。NaOH化学处理使玉米秸细胞壁结构和化学成分发生了明显的变化，分别有53.2%、46.9%和66.6%的木质素、纤维素和半纤维素被分解，其中1/2～2/3被转化成了易被厌氧菌利用的可溶性物质,这是产气量提高的主要原因之一。研究结果对提高玉米秸的产气效率、实现大规模应用具有重要指导意义。     

蒸汽爆破技术在秸秆厌氧发酵中的应用

该文采用蒸汽爆破技术对秸秆进行预处理,探讨提高秸秆厌氧发酵产气量的新工艺.研究蒸汽爆破预处理的关键参数"爆破压力"和"保留时间"对秸秆厌氧发酵效果的影响.结果表明:蒸汽爆破预处理后的秸秆比未经预处理秸秆厌氧发酵的产气量提高34%～67.36%,蒸汽爆破预处理压力在3.0 MPa、保留时间为90 s时,每克干秸秆厌氧发酵沼气产量最大值达到304.72ml;蒸汽爆破预处理后,秸秆厌氧发酵的启动时间和发酵周期大大缩短.     

前处理对玉米秸秆蒸汽爆破效果的影响

为提高纤维乙醇生产过程中秸秆的预处理效果,该文研究了水预浸和CaO前处理对蒸汽爆破和酶解糖化的影响,并利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X-射线衍射仪(XRD)及傅里叶红外光谱仪(FTIR)对其影响机制进行了分析。结果表明:玉米秸秆经30%水(水料质量比30:100)预浸5d、经2%CaO(CaO与秸秆质量比2:100)处理3d或经30%水和2%CaO协同处理1d后再进行蒸汽爆破均可显著提高蒸汽爆破对木质素的降解,降解率由单独蒸汽爆破的20.6%分别提高到27.8%、35.1%和30.9%。玉米秸秆经3种复合预处理和酶解糖化后总糖浓度分别为3.81、3.59和3.46g/100mL,糖得率分别为42.2%、39.8%和38.3%,比单独蒸汽爆破预处理分别提高了23.7%、16.6%和12.3%。水预浸或CaO复合蒸汽爆破预处理后秸秆结构破坏严重,秸秆相对结晶度由单独蒸汽爆破的42.6%分别提高到47.0%和54.5%。水浸泡或CaO前处理可提高蒸汽爆破预处理效果和后期糖化效果,且所用试剂价格低廉,可以应用推广。     

玉米秸中温与常温厌氧生物气化的比较研究

为解决玉米秸的资源化利用问题，提出通过厌氧消化的方法把其转化成生物气体。比较了在中温和常温条件下，不同负荷率（35、50、65 g/L）对玉米秸秆日产气量、累积产气量、总干物质（TS）和挥发性有机物（VS）消化率的影响。试验结果显示，不论是在中温还是在常温条件下，50 g/L TS负荷率都获得了较高的累积产气量；相对于常温而言，中温厌氧消化的累积产气量提高了63%，总干物质（TS）和有机物（VS）消化率分别增加33%和49%，产气速率也明显提高。因此，使用50 g TS/L负荷率，在中温条件下对玉米秸秆进行厌氧消化是比较好的。该试验结果可为玉米秸秆的大规模生物气化提供重要设计依据。     

玉米秸秆蒸汽爆破用于厌氧发酵的技术评价

蒸汽爆破可破坏木质纤维素结构,提高纤维素、半纤维素的转化利用率,是秸秆类物质利用的一种有效预处理方式。作者研究了玉米秸秆蒸汽爆破处理及其厌氧发酵过程中的能量平衡关系,结果表明相同维压时间下蒸汽爆破处理后玉米秸秆厌氧发酵过程中的能源转化率随着压力增大而增大,而在相同压力条件下均在90 s维压时间时得到最大能源转化率。玉米秸秆蒸汽爆破后在常温条件下厌氧发酵的最小和最大能源转化率分别为8.39%和11.68%,是对照组的1.38倍和1.92倍。但对蒸汽爆破玉米秸秆厌氧发酵的增量效益-费用比分析表明,因玉米秸秆蒸汽爆破处理而引起厌氧发酵产气量增加所形成产气的能量增加量小于蒸汽爆破处理所消耗的能量,从能量转换角度来说蒸汽爆破并不是玉米秸秆厌氧发酵的最经济处理方式。     

畜禽粪便与玉米秸秆厌氧消化的产气特性试验

为设计厌氧消化器的有效容积提供参考,该文研究了不同混合比例下的粪便与秸秆在厌氧消化过程中的膨胀特性,同时在35℃条件下,采用批次模拟厌氧消化,对3种典型畜禽粪便和3种不同贮存方式的玉米秸秆进行中温厌氧产气特性试验,分析了6种典型物料的产气规律。试验结果表明:猪粪在厌氧消化过程中会发生膨胀,且干物质含量越高,膨胀系数越大;3种典型畜禽粪便以猪粪的产气效果最好,干物质产气量达到375.5mL/g;不同贮存条件下农作物秸秆的理化特性对产气特性有很大的影响,3种贮存条件的玉米秸秆以黄贮秸秆的产气效果最好,干物质产气量达到445.8mL/g。该文为物料贮存条件选择和优化厌氧消化工艺提供了依据和参考。