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。     

木质纤维素预处理技术发展现状及展望

木质纤维素来源广泛,是最丰富的可再生资源,但木质纤维素结构致密、难降解,需要进行预处理。木质纤维素预处理在很大程度上决定了工艺可行性、经济可行性和环境可持续性。讨论了预处理在木质纤维素生物能源回收方面的应用进展,旨在为相关行业实现高效木质纤维素生物转化提供参考。      

酸化处理提高玉米秸秆厌氧消化性能及其优化研究

为了提高木质纤维素的水解效率,酸化相的出料被用来提高玉米秸秆的厌氧产甲烷性能,文章利用单因素方法考察了原料负荷、酸化时间和接种量对挥发酸浓度(VFAs)的影响,采用响应面方法对玉米秸秆酸化相水解产酸构建二次回归模型进行优化,然后将酸化相出料接种厌氧污泥后进行产甲烷试验,比较酸化后玉米秸秆的甲烷产率,得出挥发性脂肪酸产率和甲烷产率关系的数学模型。结果表明,酸化时间为5 d,接种比为6,有机负荷为50 g TS·L~(-1)时产酸效果最优,VFAs产率为270. 50 mg·g~(-1)TS。3个因素对VFAs产率的影响依次为接种比有机负荷酸化时间。在最优酸化条件下甲烷相出料的系统稳定性好,甲烷产率为285. 97 m L·g~(-1)TS,比未处理组提高了81. 52%,回归性分析结果表明甲烷产率与VFAs产率有较高的相关性。因此,水解酸化可以明显提高木质纤维素的降解效率和甲烷产率。     

嗜热厌氧菌共培养发酵玉米秸秆产氢的研究

氢能是对环境无害且可以替代化石燃料的可持续性能源。利用嗜热厌氧菌暗发酵木质纤维素生产氢气是一种极具潜力的生物制氢技术,具有清洁、高效和可再生的优势。构建解糖热解纤维素菌和热解糖厌氧杆菌共培养体系,考察两株菌株接种比例、总接种量和底物浓度对玉米秸秆发酵产氢的影响。实验结果表明,在发酵体系初始pH值7.0,培养温度60℃条件下,当解糖热解纤维素菌和热解糖厌氧杆菌接种比例为3∶2,菌种总接种量为6%,秸秆浓度为15 g·L^-1时,体系产氢能力最强。此时,发酵体系产氢量累积达到65.6 mL·g^-1-秸秆,氢气含量为46.9%,最大产氢速率为1.47 mL·g^-1h^-1。     

PAM预处理玉米秸秆中半纤维素水解动力学分析

过氧乙酸复合马来酸(Peracetic acid and maleic acid, PAM)能有效将玉米秸秆中木质素和半纤维素脱除分离得到纤维素,同时将半纤维素降解为木糖,然而PAM预处理中半纤维素的降解机制尚不清楚。以单独过氧乙酸(Peracetic acid, PA)预处理为对照,考察了90～120℃PAM预处理玉米秸秆中半纤维素的水解动力学,采用双相水解动力学模型拟合分析了玉米秸秆中半纤维素的水解反应动力学参数。结果表明,半纤维素的水解由快速水解和慢速水解两个阶段构成,慢速水解部分的比例随着反应温度的升高而下降。与PA预处理对比发现PAM预处理可以将木聚糖快速反应和慢速反应的活化能分别降低至71.4 kJ/mol和79.1 kJ/mol,并且显著提高木聚糖的水解反应速率。研究结果证实了该模型可以有效模拟木聚糖的水解过程,揭示了PAM预处理促进半纤维素水解作用的动力学机制。     

农林废弃物超低酸水解装置及试验研究

自行设计了木质纤维素类生物质超低酸水解装置,该装置可以间歇进料方式实现生物质的超低酸水解。在该装置上分别以木聚糖和定量滤纸为模化物得到了半纤维素和纤维素水解的最佳工况,进而对白松、速生杨和玉米秸秆这三种在我国分布较为广泛的原料进行了超低酸两步水解研究,分别得到了51.24%、78.27%和84.10%的可水解原料转化率和48.19%、57.96%和37.48%总还原糖得率,并以GCMS定性还原糖外的其他产物,最后对水解残渣做了分析研究。     

微生物降解木质纤维素研究的某些进展

木质素的存在是纤维素类原料沼气发酵中限速因素之一。近年来,由于~(14)C—木质素标定方法的应用,使得评价各类微生物在木质素降解方面的作用成为可能;同时,关于厌氧纤维素分解细菌方面的研究也进展迅速。本文仅就与沼气发酵有关方面讨论微生物降解木质纤维素研究中的某些进展。     

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...     

厌氧降解机理及途径研究通过技术鉴定

在石化总公司及扬子石化公司的大力支持下,北京市环保所在开发精对苯二甲酸(TA)生产废水治理技术的过程中,对废水中的主要污染物、生物难降解的 TA 的厌氧生物降解性、降解速度、降解机理及途径     

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。     

降解玉米芯木质纤维素放线菌的筛选与发酵条件优化

玉米芯是一种重要的木质纤维素生物质农业废弃物,因其降解困难、利用率较低而未得到充分利用。从寒地黑土中筛选出一株高效降解木质纤维素的放线菌GS-3-39,对其进行生物学形态鉴定及16S rRNA分子生物学鉴定,判定GS-3-39属于链霉菌属。采用单因素结合响应曲面法对其发酵条件进行优化,并对降解前后的玉米芯进行红外和电镜观察。结果表明：当培养基初始pH值为5.06、发酵温度28.22℃、发酵转速163.98r/min、接菌量为3.09%时,玉米芯木质纤维素降解率理论最优值为26.881%,重复试验得到降解率为27.264%。在此条件下对玉米芯进行降解,结果表明,放线菌GS-3-39对玉米芯木质纤维素具有降解作用。     

木质素降解酶研究进展

木质素是存在于高等植物细胞壁中的含量仅次于纤维素的生物多聚体,约占木本植物的25%,起着加固植物组织的作用。在植物组织中,木质素、纤维素和半纤维素以共价键形式接合,将纤维素分子包埋于其中,形成坚固的天然屏障,使一般的微生物很难进入其中分解纤维素,因此,木质素的降解是能否有效利用纤维素的关键之一。在自然界的碳元素循环中,木质素的降解和利用是最关键的限速环节。就木质素降解酶的研究进展进行综述,尝试为木质素的生物降解提供一些参考。      

厌氧微生物对CO的降解转化特性研究

为评价生物法同步沼气提纯与合成气利用工艺的可行性,文章通过批实验考察了不同初始CO含量、气液传质速率和污泥形态条件下微生物对CO的降解转化特性。结果表明:CO被厌氧微生物完全降解转化所需的时间随其初始含量升高而延长,当CO初始含量分别为10%,20%和40%时,絮状污泥完全降解CO所需时间分别为3,7和15 d,颗粒污泥需2~3 d;不同气液传质速率对絮状污泥降解CO的影响不大,但能明显影响颗粒污泥降解转化CO,在相同初始CO含量(20%)条件下,颗粒污泥在高气液传质速率时对CO的最大降解速率比低气液传质速率时提高近2倍;颗粒污泥实验组中CO的最大降解速率比絮状污泥提高了约85%~90%,有望在后续同步沼气提纯与合成气利用工艺中得到应用。     

温度对生物质三组分热解制备生物炭理化特性的影响

以纤维素、木聚糖和木质素为研究对象,利用真空气氛炉热解制备生物炭,探究温度对生物质三组分热解制备生物炭理化特性的影响规律,为生物炭的性能调控和机理研究提供理论依据。结果表明:纤维素和木聚糖的热解温度范围主要集中在300~500℃,纤维素生物炭产率由35.38%下降至20.93%,木聚糖生物炭产率由46.28%下降至29.40%,木质素热解温度范围主要集中在300~600℃,木质素生物炭产率由81.22%下降至51.53%;热解温度对生物质三组分制备生物炭的C、H、O、N元素含量的影响规律基本相同,即C元素含量逐渐升高,H、O、N元素含量逐渐降低,C元素质量分数分别由69.42%、72.92%、54.75%升至96.39%、77.26%、67.97%;热解温度对生物质三组分制备生物炭的灰分、挥发分、固定碳和热值的影响规律基本相同,即挥发分逐渐降低,而灰分、固定碳和热值均逐渐升高,挥发分分别由50.67%、44.89%、39.99%降至7.63%、5.52%、14.41%,固定碳分别由47.95%、55.03%、35.41%升至90.18%、94.11%、53.70%,热值分别由25 652.58、26 681.81、21 173.29 k J/kg升至34 602.52、33 965.15、24 142.62 k J/kg;热解温度对木质素生物炭的比表面积和孔径分布影响明显,对纤维素和木聚糖生物炭的影响较小,500℃时纤维素和木聚糖达到最优的比表面积和微孔体积,600℃时木质素达到最优的比表面积和微孔体积;热解温度在500℃时,纤维素和木聚糖制备的生物炭达到最大的碘吸附值,纤维素生物炭碘吸附值为422.46 mg/g,木聚糖生物炭碘吸附值为115.06 mg/g,热解温度在600℃时,木质素制备的生物炭达到最大的碘吸附值,为460.35 mg/g。     

中温厌氧纤维素菌的分离鉴定，系统发育学分析及其酶学性质的研究

利用厌氧分离技术从泥炭中分离到一株纤维素降解能力较强的中温厌氧细菌.分离菌株为革兰氏染色阳性,直杆或稍弯曲杆状,4.2 μm ～6.8 μm×0.8 μm ～1.0 μm,严格厌氧,不形成芽孢,能运动.分离菌株可在20℃～40℃,pH 6.0～8.5之间利用纤维素生长,最适生长温度为35℃,最适pH 6.8～7.0.分离菌株能利用滤纸、纤维素粉MN300、微晶纤维素、羧甲基纤维素等,还可以利用葡萄糖、纤维二糖、木糖、木聚糖、棉子糖、麦芽糖、山梨糖、胰蛋白胨和水杨苷作为底物.在P4-3的纤维素酶复合体中,滤纸酶,Cx酶和β-葡萄糖苷酶的最适作用温度分别为55℃,55℃和45℃,接种120 h后培养物的胞外纤维素酶液中三种酶的酶活分别为86.25 U·mg-1, 20.04 U·mg-1, 18.39 U·mg-1.部分长度的16S rDNA序列分析表明,分离菌株P4-3与Clostridium cellulolyticum的序列相似性为99%.     

预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响

在中温(35℃)条件下,分析了不同预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵过程中产气特性的影响,比较了厌氧发酵前、后水稻秸秆组分变化的情况,结果表明:氨化预处理的秸秆产气量最大,VS(挥发性固体)产气量达到356.80 mL/g,比对照组高11.70％;各组甲烷质量分数的最大值均达到了70％以上,甲烷含量差异不显著;水稻秸秆厌氧发酵后的木质纤维素含量均呈现下降的趋势,木质纤维素的降解率与产气量成正比,氨化后的水稻秸秆与原水稻秸秆相比,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为28.49％、51.73％和7.13％.     

不同含固率和接种比对尾菜厌氧消化的影响

文章通过尾菜中温批式厌氧消化实验,研究不同含固率(4%,8%)和接种比(RI/S=0.8,1.0,1.2)对尾菜厌氧消化产气特性的影响。结果表明,累计甲烷产量随含固率的提高而增加,随接种比的提高而降低,在含固率为8%,接种比为0.8时,累计甲烷产量最大,达到253.81 mL·g^-1VS。含固率一定时,接种比越高,越有利于缩短厌氧消化周期,但会降低累计甲烷产量;接种比一定时,含固率越高,产甲烷延滞期越长,累计甲烷产量越高。厌氧消化第9天各处理组均开始出现不同程度的丙酸积累现象,含固率为8%,接种比为0.8时,丙酸浓度最高可达1981.522 mg·L^-1。含固率越低,接种比越高,越有利于丙酸降解。厌氧消化第33天时,各处理组丙酸全部被转化利用。     

黄孢原毛平革菌预处理小麦秸秆制沼气研究

试验用黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)对小麦秸秆进行预处理,测试预处理产物在中温35℃,总固体含量(TS)为8%条件下的产沼气情况。结果表明,黄孢原毛平革菌对木质纤维素的降解能力较强,降解木质素的能力尤为显著。实验条件下,白腐菌处理小麦秸秆20 d,秸秆中木质素、半纤维素、纤维素的降解率分别为62.75%,17.7%,10.9%;黄孢原毛平革菌对秸秆降解处理10 d,15 d,产气量较对照分别提高了42%,41%,产气量与纤维素、木质素含量均呈显著负相关。但是,降解期过长会影响产气量。因此,采用黄孢原毛平革菌对秸秆进行适当时间的降解预处理可以显著提高秸秆的厌氧发酵效果,该研究可为秸秆的能源化开发利用提供一定参考。     

应用于工业化生产的提高秸秆水解效率的试验研究

将水稻秸秆中纤维素水解为葡萄糖等糖类物质是纤维素利用的重要途径。然而由于其组成中木质素、半纤维素与纤维素之间结构相当稳定,且纤维素是由纤维二糖结构单元组成的长链大分子,同时这些长链之间又存在大量的氢键网状结构,网状结构中的晶区部分相对规则,链与链之间氢键结构紧密,是阻碍纤维素水解成小分子物质的重要原因。除此之外木质素、半纤维素对纤维素的包裹也对其水解起到了阻碍作用。因此,单一的物理或化学方法进行水解效率不高,这已成为制约生物质能源发展的一个瓶颈。如何高效的降解和转化已成为当今科技界的一大研究热点,它对解决当前的资源、能源和环境问题都具有重要意义。     

玉米秸秆厌氧消化产气特性研究

为了探究不同地区玉米秸秆在厌氧消化过程中的产气特性,文章以吉林省的玉米秸秆为发酵原料,采用实验室自制的批量式发酵装置,在恒温35℃±1℃的条件下,对其产气特性及木质纤维素含量变化与厌氧消化之间的关系进行分析,并与云南省的玉米秸秆厌氧发酵情况进行对比.结果表明:吉林省玉米秸秆的产气潜力要低于云南省玉米秸秆,但吉林省玉米秸...