稻秸酶解和沼气发酵臭氧氨水联合预处理技术研究

对稻秸进行了臭氧氨水联合预处理提高酶解糖化和沼气发酵效率的实验研究,探索了臭氧氨水联合预处理对木质纤维素降解、单糖质量浓度、还原糖质量浓度和沼气发酵气体产率的影响。结果表明:臭氧氨水两步预处理进一步强化了脱木质素能力,有效提高了稻秸酶解糖化效率和沼气发酵产气率,增强了纤维降解利用率。酶解过程中,随着臭氧用量的增加,葡萄糖质量浓度先增加后降低,臭氧用量0.75 g/g时葡萄糖质量浓度最高,为36.92 g/L;氨水浸泡时间越长,还原糖质量浓度越高,氨水浸泡6 h的还原糖质量浓度为60.51 g/L。因此,酶解的适宜臭氧氨水联合处理条件为臭氧用量0.75 g/g和氨水浸泡时间6 h。对于沼气发酵,臭氧用量1.0 g/g和氨水浸泡时间9 h获得了较高甲烷产率,为165.39 mL/g,有效提高了稻秸产气效率和木质纤维素利用率。     

两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响

对厌氧消化产酸纤维(挥发性脂肪酸生产废渣)进行了酶解糖化和沼气发酵实验研究,探索了乙酸氨水两步预处理对木质纤维素降解、葡萄糖浓度、木糖浓度和沼气产率的影响。结果表明:乙酸氨水两步预处理进一步降解了厌氧消化产酸中的半纤维素和木质素,而且纤维素回收率较高,为77.47%~81.44%,其中4%乙酸处理和10%氨水处理实验组的纤维素质量分数达到56.82%,半纤维素质量分数仅为7.94%;在上述预处理条件下,酶解糖化效率最高,葡萄糖质量浓度达到47.46 g/L,葡萄糖得率为67.73%;同时在此乙酸氨水两步预处理条件下的沼气产率明显优于单独乙酸和单独氨水预处理,获得的最高沼气产率为414 mL/g,有效提高了厌氧消化产酸纤维的产气效率。     

秸秆水解液还原糖组分特征及产甲烷特性

为认识预处理方式对秸秆水解液中还原糖组分特征和产甲烷特性的影响,对稻秸分别进行酸、碱预处理：在HCl质量分数较高（9%和7%）时,所得还原糖中木糖所占比例大;在Ca(OH)2质量浓度（2 g/L和4 g/L）较低时,前48 h葡萄糖比例较高。以配水实验研究不同比例的葡萄糖和木糖混合液的产甲烷特性,混合物中葡萄糖摩尔分数对产气特性影响显著,随葡萄糖摩尔分数的增加,产气速率增加,葡萄糖摩尔分数100%时对应最低的产气率191.75 mL/g,25%实验组获得最高产气率633.14 mL/g和最高能量转换效率26.40%,纯木糖发酵存在一定的初期产气迟滞。     

膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果

为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率，采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理。扫描电镜观察，玉米秸秆的纤维束受到破坏，木质素包裹作用减弱，纤维素酶的空间作用面积提高。红外光谱分析表明有部分半纤维素和少量木质素水解；X射线衍射测定纤维素结晶度降低了12.68%。通过进一步纤维素酶解试验，与未处理的相比膨化处理后原料酶解时间可缩短16 h，未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为13.48%，膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达24.91%。结果表明，膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率。该     

纤维素酶预处理对木糖渣沼气发酵性能的影响

为研究纤维素酶预处理对木糖渣发酵产沼气的影响,试验将经过纤维素酶预处理和未经纤维素酶预处理的木糖渣分别作为厌氧消化的底物,考察其沼气发酵性能。结果显示:按40 FPU·g~(-1)用量添加纤维素酶(酶活力400 FPU·mL~(-1))对木糖渣进行预处理后,酶解液中的还原糖浓度达到30 g·L~(-1),继续增加纤维素酶用量,还原糖含量增加不明显。试验组相比于对照组总固形物(TS)和挥发性固形物(VS)的利用率分别提高19.47%和21.85%。在20 d试验期内,试验组产气量是对照组的2.34倍。两实验组获得的沼气中甲烷浓度相当,均在60%左右。利用纤维素酶对木糖渣预处理可提高木糖渣的利用率和沼气生产能力。     

基于卧式厌氧装置的稻秸高固态消化与甲烷菌变化研究

针对单一稻秸高固态厌氧消化长期运行不稳的问题,接种瘤胃内含物和厌氧污泥,在卧式反应装置中研究3个有机负荷(OLR)下消化特性。结果表明,体系最高容积产气率达到了1.04 L/(L·d)。当OLR为2.26 g/(L·d)时,甲烷体积分数均值为54.39%,甲烷产率为280.90 m L/g,达到了稻秸理论产值的80.29%。卧式装置中半纤维素和纤维素最高降解率分别达到了49.71%和31.25%;纤维素酶活性显著提高,有利于纤维素的降解。当OLR升高到2.47 g/(L·d)时,氨氮质量浓度均值达到了1 082.63 mg/L。固体样品中嗜氢型Methanobacteriales数量从1.70×10~9拷贝数/g下降至1.04×10~6拷贝数/g;而嗜乙酸型Methanosarcinales数量从7.89×10~6拷贝数/g增加至9.44×10~6拷贝数/g,甲烷产率下降为256.54 m L/g。此时厌氧装置中丙酸质量浓度均值达到了253.32 mg/L。从而明确了稻秸高固态体系中产甲烷菌结构的变化。     

稻秸好氧厌氧两相发酵工艺与产气特性研究

木质纤维素水解困难是制约秸秆沼气生产效率提高的主要因素,针对秸秆的木质纤维素难降解问题,提出湿法好氧厌氧两相发酵工艺。在中温37℃的条件下,水解产酸发酵容器不密封,采用搅拌供气、不供气的好氧水解方式,进行两相发酵实验。结果表明,好氧厌氧两相发酵工艺能够显著破坏稻秸的木质素结构,提高木质素降解率,其搅拌供气组的木质素降解率可达4.57%,而单相厌氧发酵结束时的木质素降解率仅为0.13%,两相发酵工艺的TS产气率可达到411.19 m L/g,较单相厌氧发酵高30%左右。表明好氧厌氧两相发酵工艺可有效降解木质素并提高产气率。     

小麦、玉米秸秆不同预处理产沼气试验研究

为探讨秸秆不同预处理产气量及甲烷含量的变化规律,本试验在实验室分别用沼液、绿秸灵预处理玉米及小麦秸秆,共设置六个处理进行秸秆沼气发酵试验。结果表明:在常温并保持相同浓度和C/N比的发酵条件下,单位质量干物质产气率(TS产气率)及甲烷含量的大小顺序均为:玉米秸秆+绿秸灵>玉米秸秆+沼液>小麦秸秆+绿秸灵>小麦秸秆+沼液>玉米秸秆CK>小麦秸秆CK,各处理间的差异达到显著水平,其中采用绿秸灵预处理秸秆的产气效果优于用沼液预处理的效果。在采用相同的预处理前提下,玉米秸秆的干物质产气率(TS产气率)及甲烷产气率(TSCH4产气率)均大于小麦秸秆的干物质产气率(TS产气率),表明玉米秸秆比小麦秸秆更适宜于沼气发酵。     

稀酸稀碱预处理的稻秸两步厌氧发酵性能分析

基于两步厌氧发酵工艺,对比稀酸、稀碱预处理条件下的稻秸降解规律和水解液产甲烷潜力。HCl质量分数为0.5%~2.5%范围内(60℃),1.0%和1.5%的水解液COD值最高,HCl水解时稻秸半纤维素下降幅度大,水解液中葡萄糖质量浓度较低。Na OH质量分数为0.5%~4.0%范围内(60℃),0.5%和1.0%的水解能力弱,2.0%和3.0%时水解效率高,当Na OH质量分数高于2.0%时,纤维素、半纤维素和木质素均下降,木质素降解率最高。酸、碱实验组固液比为7.5%时均有良好的水解效率。以HCl和Na OH水解液序批式产甲烷,5个进料周期中HCl水解液COD的平均单位质量产气率为631~906 m L/g,Na OH实验组为340~373 m L/g,单位质量产气率受进料浓度差异的影响较小,主要受酸、碱等不同水解方法的影响,酸、碱实验组发酵类型不同,酸实验组的产酸过程更充分。     

碱性氧化物预处理玉米秸秆维管柱、皮层和表皮研究

以玉米秸秆的维管柱、皮层和表皮为材料，分别考察固液比、发酵时间、碱性氧化物浓度和预处理时间对发酵液中还原糖含量以及FPA酶活的影响；通过正交试验进一步优化糖化条件，结果表明，在固液比、发酵时间、碱性氧化物、预处理时间分别为1∶20、5d、1%、3d，1∶15、5.5d、1%、3.5d和1∶15、5d、1%、3d条件下，发酵液中的还原糖含量最高，维管柱、皮层和表皮分别为15.92%、12.43%和5.93%；木质纤维素糖化率分别为31.84%、18.65%和8.9%。在糖含量较低时，FPA与还原糖含量变化趋势基本一致。     

响应面法优化猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵产沼气工艺

利用中心组合设计试验考察粪秸比、发酵温度和发酵底物浓度3个因素对猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵产沼气的影响,运用响应面法对其工艺参数进行优化.研究结果表明,根据试验数据建立的二次多项式数学模型具有高度显著性(P ＜0.0001),相关系数R2=0.9866,说明预测值和试验值之间具有很好的拟合度.通过对二次回归数学模型解逆矩阵得到粪秸混合厌氧发酵产沼气的最优化条件为:粪秸比(玉米秸秆干物质占发酵原料干物质的质量分数)为30％,发酵温度为35℃和发酵底物浓度为12.74％.在此条件下,粪秸混合厌氧发酵的沼气产率的预测值为291.8 mL·g-1TS,试验值为288.5 mL·g1TS,二者相对偏差为1.14％.因此,利用响应面分析法进行粪秸混合厌氧发酵产沼气工艺参数的优化是可行可靠的,可以较好地预测沼气产率.     

液氨过氧化氢联合预处理对玉米芯酶解的影响

为提高木质纤维原料可发酵单糖的酶解转化率,采用液氨过氧化氢联合预处理(H-LAT)玉米芯,研究了温度与过氧化氢用量比对玉米芯固体回收率、化学成分及聚糖酶解转化率的影响,并采用X射线衍射图谱和红外光谱对玉米芯H-LAT预处理前后的纤维结构特性进行了分析。结果表明:H-LAT预处理能有效地去除玉米芯中的木质素并能保留绝大部分碳水化合物;在最优的预处理条件下,添加纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶组成的复合酶系酶解72 h,玉米芯糖化率达85.0%,1 000 g干基玉米芯可获得可发酵单糖593.1 g,是未处理的3.53倍;X射线衍射表明,经H-LAT预处理后玉米芯结晶区与无定形区同步下降;红外光谱分析表明,H-LAT预处理能打破纤维素的氢键连接,破坏木质素-碳水化合物复合体内部的酯键连接,同时使残留木质素分子结构受到一定的破环,这些变化有效地降低了玉米芯的抗水解屏障,是酶解率提高的根本原因。     

酶预处理对秸秆类原料厌氧发酵特性的影响

为探索经木霉培养液预处理的秸秆厌氧消化产气特性,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在中温(30±1)℃条件下,分别对经预处理的稻秸、麦秆和稻麦秆混合物进行批式厌氧发酵试验。结果表明:料液质量分数10%、接种物质量分数20%条件下经木霉培养液预处理过的秸秆产气量有明显提升,稻秸、麦秆、稻麦秆混合物总产气量分别达到14 555、15 103、17 130 m L;甲烷含量显著增长,平均甲烷体积分数分别为48.2%、45.4%和47.8%,较对照组提高205.1%、213.1%、214.5%。最高甲烷体积分数分别达60.5%、66.1%和66.8%;原料利用率较大提高,化学需氧量COD日均降解量分别为522.23、542.50、668.72 g/d,TS产气率分别达172.84、183.12、205.54 m L/g;其中经预处理后的稻麦秆混合物在产气量增加的前提下,大大缩短厌氧发酵时间(DT90:17 d)。发酵过程p H值、挥发性脂肪酸(VFA)变化情况均在正常范围。     

外源无机添加物对稻秸厌氧消化性能的影响

探索一种能替代猪粪且能提高稻秸生物产气量的外源无机添加物对农村户用沼气工程具有重要意义.试验从有益微生物、营养成分两个方面解析了猪粪提高秸秆产气的因素,研究了采用外源无机添加物替代猪粪对稻秸产气性能的影响.结果表明:猪粪提高稻秸产气量并非由于猪粪中微生物的作用,而是来自猪粪中的营养物质.加入外源无机添加物后稻秸的TS和VS产甲烷量(151.1,164.7 mL·g-1)较对照(120.0,130.8 mL·g-1)显著提高,且略高于添加猪粪处理(131.8,143.6 mL·g-1);加入外源无机添加物使发酵后稻秸体积和质量的减少量均高于添加猪粪的处理.经济效益分析表明,选用元机营养盐替代猪粪进行发酵,每吨稻秸可节省202.9元,且同时减轻劳动量.     

玉米秸秆酶解条件的试验研究

以玉米秸秆酶解的过程为研究对象,研究了各因素对酶解得糖量的影响.得出最优条件:温度为45℃,pH值为5,固液比为1:10,酶浓度为1.5g/L,酶解时间为48h.此时,还原糖含量为3.39g,总糖含量为3.66g,蔗糖含量为0.27g.     

亚硫酸氢盐预处理对黄贮玉米秸秆产甲烷潜力机理研究

为了更好地解决东北寒区农作物秸秆环境污染、资源浪费、转化利用率低的问题,开展了亚硫酸氢盐与黄贮法联用处理玉米秸秆对其产气潜力影响的研究。结果表明：当预处理液中亚硫酸氢钠浓度为6.0%时,预处理后的玉米秸秆酶解糖化率达83.0%左右,甲烷日产量达131.3 mL·g^-1TS,甲烷累积产气量达1462.2 mL·g^-1TS。相对于单一黄贮预处理法,采用联合法预处理后玉米秸秆组分中木质素被大量降解,纤维素保留率,结构疏散,纤维素、半纤维素可生化性提高,产气效果较好,有利于后续资源化的利用,且在一定范围内较低的亚硫酸氢钠用量好于较高的亚硫酸氢钠用量,所以亚硫酸氢钠用量在4.0%～5.0%为宜。适用于寒区秸秆资源化处理与利用的工程前预处理,且能节约成本,具有较好的经济效益、环境效益、社会效益。     

基于3,5-二硝基水杨酸法的水稻秸秆酶解工艺

为了提高汽爆水稻秸秆还原糖的转化率,采用纤维素酶对水稻秸秆进行酶解实验.还原糖的含量用3,5-二硝基水杨酸法进行测定.实验选用加酶量、酶解时长和反应温度作为考察因素,以原始水稻秸秆与蒸汽爆破预处理水稻秸秆作对比.结果表明纤维素酶用量占秸秆干物质质量的10％,酶解时长48 h,反应温度50℃是一个较为理想的反应条件;原始水稻秸秆最大酶解还原糖产量约为9.7％;蒸汽爆破水稻秸秆最大酶解还原糖产量约为34.3％;蒸汽爆破预处理能够显著提高水稻秸秆的酶解还原糖产量,并缩短酶解反应时间.     

污泥接种率对厨余垃圾糖化残渣沼气发酵的影响研究

该课题组根据厨余垃圾的特性,采用乙醇-甲烷组合发酵,即糖化分离后,糖化液进行乙醇发酵,糖化残渣进行沼气发酵。文章采用厨余垃圾糖化残渣(简称糖化残渣)作为发酵原料,接种消化污泥进行厌氧消化。在接种污泥:糖化残渣(以VS质量计,简写ISRs)=0.5,1.0,2.0,3.0条件下监测了发酵过程中的甲烷产量、有机酸含量及组成、碱度、pH值等发酵指标。结果表明:当ISRs为1.0时,糖化残渣沼气发酵的效果最佳,累积甲烷产量和有机物(VS)去除率分别达到263.73 mL·g~(-1)VS和57.78%。通过分析发酵过程中重要指标TVFA/碱度比值、丙酸浓度、丙酸/乙酸比值等,发现TVFA/碱度比值介于0.40～1.40时,糖化残渣甲烷产率相对较大;丙酸浓度需要控制在0.5 g·L~(-1)以下甲烷产率较高;丙酸/乙酸比值控制在小于0.10是糖化残渣沼气发酵稳定进行的必要条件。     

山楂红豆果醋的制备工艺研究

本文以红豆和山楂为原料,采用α-淀粉酶糖化处理,通过酒精发酵和醋酸发酵制备红豆山楂果醋。分别以还原糖含量、酒精度和总酸含量为考察指标,通过试验确定红小豆山楂果醋制备最佳工艺条件:酶解温度70℃、酶最适pH值6.0、α-淀粉酶用量0.04%和酶解时间60min;乌衣红曲发酵时间为3d、醋酸菌接入量10%、发酵温度32℃和时间96h。     

稻秸厌氧消化纤维制取乙醇实验研究

对利用厌氧消化纤维制取乙醇进行了实验研究,探索了不同温度、总固体质量分数等厌氧发酵条件对厌氧消化纤维产乙醇特性的影响。结果表明,中温低浓度(37℃,6%)厌氧发酵得到的厌氧消化纤维,在预处理过程纤维素损失较低,酶解过程葡萄糖得率较高,为33.17%,乙醇产率为41 g/kg。为提高乙醇产率,对预处理条件进行了优化,对酸、碱预处理方式进行了比较,结果显示,厌氧消化纤维产乙醇采取碱预处理更为有利。在温和温度(60℃)条件下,采用1%~3%的Na OH预处理6 h至24 h后,失重率降低至22%~56%,纤维素回收率高达80%以上,酶解葡萄糖产率升高,乙醇得率显著提高。通过优化预处理参数,3%Na OH在60℃预处理6 h可以获得最大乙醇产量(87 g/kg),有效地提高了厌氧消化纤维产乙醇的效率。