太阳能蒸汽爆破和微波预处理对玉米秸秆产沼气的影响

为提高秸秆沼气工程效率,该文以玉米秸秆为原料,分别采用太阳能蒸汽爆破和微波辐射2种方法对其进行预处理,考察中温(35℃)条件下2种预处理方法的产沼气效果。试验结果表明:在接种量200g、发酵温度35℃、启动负荷22.6g/L(以总固体TS计)的试验条件下,2种方法均可破坏玉米秸秆原有刚性结构,使其易与厌氧微生物接触而被降解,其纤维素、半纤维素、木质素含量分别降低7.82%、50.56%、36.33%和20.13%、20.97%、54.03%;2种方法预处理后玉米秸秆沼气发酵TS(总固体)产气率分别达到239.89和281.45mL/g,VS(挥发性固体)产气率分别达到296.02和332.28mL/g,日均产气量分别达到320和334mL(分别高于对照15.11%和20.14%),同时料液滞留时间比对照分别减少42.11%和31.58%。该研究为秸秆预处理及提高秸秆沼气工程发酵效率提供了参考。     

响应面法优化玉米秸秆蒸汽爆破预处理条件

在木质纤维素利用研究领域,高浓度还原糖的获得是实现其能源转化的基础。基于Box-Behnken试验设计,选取维压时间、蒸汽压强和碳酸氢铵浓度为主要影响因素,采用响应面分析法优化了玉米秸秆蒸汽爆破预处理的工艺条件,并建立了工艺数学模型。结果表明：最佳蒸汽爆破预处理条件维压时间227?s,蒸汽压强3.08?MPa,碳酸氢铵2.11%。爆破后的物料经48?h糖化,还原总糖浓度达到60.04?g/L,糖化率达到理论值（71.7%）的83.7%,并验证了数学模型的有效性。试验结果表明蒸汽爆破预处理可以有效提高还原糖浓度。     

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。     

蒸汽爆破玉米秸秆热解特性及其动力学分析

生物质的热解作为生物质能研究开发的前沿技术已得到较为广泛的重视。本文采用热重分析法(thermo gravimetric analysis,TGA)对蒸汽爆破预处理后玉米秸秆的热失重特性及其动力学进行了研究。试样加热速率分别为10、20、30、40、50℃/min,加热终温为800℃,采用高纯氮气作为保护气体。结果表明：蒸汽爆破预处理后玉米秸秆在同样加热速率条件下,热解过程特性显著改变,最大热分解速率提高34.57%;分别利用Coats-Redfern法和Kissinger法确定了热解动力学参数,并获得热解动力学模型;试样与原玉米秸秆相比活化能（E）降低24.13%～32.56%,指前因子（A）提高8%～10%。     

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。     

不同汽爆预处理对干玉米秸秆青贮效果的影响

为了扩大可用于青贮的玉米秸秆资源量,通过借鉴青贮、黄贮和汽爆玉米秸秆加工技术的优点,该文提出使用低强度汽爆对干黄玉米秸秆进行预处理,改进玉米秸秆青贮效果的方法。通过低强度汽爆（0.6～1.4 MPa,5 min）将玉米秸秆中的半纤维素适当降解为寡糖和单糖,增加玉米秸秆中的可溶性糖含量。调节质量含水率为70%,然后使用塑料袋密闭汽爆预处理后的玉米秸秆进行青贮。通过检测青贮过程中pH值、有机酸含量、氨态氮占总氮的比例等参数,并使用农业部青贮饲料质量评定标准对获得的青贮饲料进行评分。结果显示低强度汽爆（1.0 MPa,5 min）预处理可有效的增加干黄玉米秸秆中的可溶性糖含量,使饲料等级从“一般”到“优”。该方法可有效地增加可用于青贮的玉米秸秆资源量。     

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.     

蒸汽爆破过程麦秆木质纤维素的转化

采用低压蒸汽爆破技术处理小麦秸秆木质素。通过单因素试验,考察蒸汽爆破过程汽爆压力、液固比、物料粒度、维压时间对木质纤维素降解的影响,木质素的降解率达到22.67%。设计L9(34)正交试验,上述因素影响主次顺序为汽爆压力＞液固比＞维压时间＞物料粒度,优化条件为汽爆压力0.6 MPa,液固比为20︰1,维压时间为30 min,物料粒度为20～60目,且对优化结果进一步验证。红外光谱分析表明,经汽爆后麦秆木质素结构受到了一定程度的破坏;扫描电镜观察,麦秆的纤维束受到了破坏,发生了断裂,且出现了多孔的结构。     

NaOH预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响

以水稻秸秆为原料,在试验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验,研究不同质量百分数NaOH预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响。结果表明,经过NaOH预处理后,水稻秸秆组分被破坏,其中半纤维素降解十分明显;产气量较对照组有明显增加,发酵时间有所缩短。其中NaOH质量百分数为6%的处理组产气率最高,为246.6 mL/g（干物质）,且甲烷体积分数最高达50%。综合来看,以NaOH质量百分数为6%的预处理效果最为理想。     

蒸汽爆破玉米芯水解液脱毒及其发酵生产燃料丁醇

为探究以玉米芯为原料生产燃料丁醇的最佳工艺技术,该研究对蒸汽爆破玉米芯水解液的脱毒方式及脱毒后的水解液的丙酮丁醇发酵进行了研究。结果表明:D301树脂对玉米芯水解液进行脱毒的综合效果最好,甲酸、乙酸和总酚的脱除率分别达到60%、46.04%和56.31%,香草醛脱除率为100%,对糠醛和5-HMF的脱除率分别达到了82.95%和87.52%;同时总糖的损失率为4.38%。D301树脂脱毒后的水解液经C.acetobutylicum CICC 8016发酵丁醇和总溶剂产量分别为5.2和7.5 g/L,葡萄糖和总糖的利用率分别达到100%和73.67%。当D301树脂脱毒的玉米芯水解液初始糖的质量浓度为50 g/L时,丁醇和总溶剂(丙酮、丁醇和乙醇)的质量浓度分别达到最大9.7和14.6 g/L。该研究为利用玉米芯工业化生产燃料丁醇提供了可靠的技术支持。     

汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵特性

为了研究青玉米秸秆未汽爆和汽爆预处理后厌氧发酵产沼气特性,该文采用汽爆压力为2.5MPa,保压时间为90s,加入质量分数为30%的沼液,未气爆青玉米秸秆的TS(总固体物)质量分数为6%,汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵的TS质量分数分别为1%、2%、3%、4%、6%、8%、10%和15%,考察了厌氧发酵过程中pH值和产气量随时间和TS质量分数的变化。结果表明:未汽爆秸秆在TS质量分数为6%时能够顺利厌氧发酵,但汽爆秸秆厌氧发酵液极易酸化,且无法调节,适宜的TS质量分数最大为4%;未汽爆秸秆挥发性固体产气率为214.6mL/g,汽爆秸秆在TS质量分数为3%时产气率最大,为334.8mL/g,比未处理秸秆提高了56%;未汽爆秸秆的产气速率为3.3mL/(g·d),汽爆秸秆产气速率随TS质量分数增大而减小,在TS质量分数为1%时最大,为14.8mL/(g·d)。青玉米秸秆经汽爆预处理后其厌氧发酵产沼气的产气率和产气速率大大提高,可以节约发酵时间,缩短发酵周期,有利于秸秆能源化利用的工业化生产。     

添加残次苹果发酵物对稻草青贮品质及其微生物数量的影响

为了探讨添加残次苹果发酵物改善稻草的青贮品质及其适宜添加比例,该研究按残次苹果发酵物和稻草质量比为全部为稻草（Ⅰ）、1∶9（Ⅱ）、3∶7（Ⅲ）、5∶5（Ⅳ）、7∶3（Ⅴ）、9∶1（Ⅵ）混合进行青贮。青贮90 d 后开封,测定青贮前后的营养成分,鉴定青贮饲料的感官品质、发酵品质以及有氧暴露情况下pH值和微生物数量的变化。结果表明,添加残次苹果发酵物显著提高青贮原料的粗蛋白（Crude Protein,CP）和可溶性碳水化合物（Water Soluble Carbohydrate,WSC）的含量（P<0.05）,降低了原料的中性洗涤纤维（Neutral Detergent Fiber,NDF）和酸性洗涤纤维（Acid Detergent Fiber,ADF）的含量（P<0.05）;青贮90 d天后,混合青贮饲料的乳酸（Lactate Acid,LA）、乙酸（Acetic Acid,AA）含量随着残次苹果发酵物添加量的增加而增加;处理Ⅰ的LA（0.17%）、AA（0.09%）含量显著低于其他5个处理（P<0.05）,而丁酸（Butyric Acid,BA）含量、AN/TN（Ammonia Nitrogen Total Nitrogen）的比值显著高于其他5个处理（P<0.05）;有氧暴露后,随着有氧暴露时间的延长,各处理的pH值、酵母菌数量、霉菌数量逐渐增多,乳酸菌数量逐渐减少;处理Ⅰ的乳酸菌数量始终显著低于其他各处理（P<0.05）,酵母菌和霉菌数量始终显著高于其他各处理（P<0.05）;而处理Ⅲ、Ⅳ的乳酸菌数量始终显著高于其他处理（P<0.05）,酵母菌和霉菌数量始终保持较低水平。未添加残次苹果发酵物处理Ⅰ的感官评分和综合评分均为劣等,添加残次苹果发酵物的稻草青贮处理Ⅲ和处理Ⅳ的感官评分和综合评分均为优等;同时添加残次苹果发酵物增加了混贮的营养价值,改善了混贮的发酵品质。综合分析,在试验中添加残次苹果发酵物能改善稻草的青贮品质,其添比例在3∶7～5∶5之间适宜。     

玉米秸秆厌氧产氢工艺参数优化

为解决玉米秸秆结构致密导致秸秆发酵难于直接降解的问题,首先分别采用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的HCl溶液对其进行预处理,以厌氧活性污泥为接种物进行中温(38℃)发酵产氢试验。结果表明,玉米秸秆的累积产氢量和产氢速率随着盐酸质量分数的增大先增加后降低,0.6%HCl处理效果最佳,单位累积产氢量和产氢速率分别为87.90 m L/g和3.05 m L/(g·h)。再以0.6%HCl溶液预处理的玉米秸秆为底物进行发酵产氢的单因素和正交试验,研究了秸秆粒径、底物浓度、初始p H值对玉米秸秆厌氧发酵产氢过程的影响。结果表明:玉米秸秆粒径越小越利于发酵产氢;适度增加底物浓度可增加产氢量;适宜的发酵初始p H值有利于产氢细菌的生长繁殖;得到较佳的工艺参数组合为秸秆粒径150μm、底物浓度15 g/L、初始p H值为7,此时累积产氢量为112.87 m L/g。     

螺杆挤压连续汽爆玉米秸秆流变性分析

为玉米秸秆在装置内的流场模拟提供重要物性参数,用螺杆挤压连续汽爆装置处理玉米秸秆,对得到的挤出物和汽爆物进行流变性分析。该文研究了玉米秸秆挤出物和汽爆物在不同温度下的流变曲线、温度对其表观黏度的影响,利用测试数据对其流变模式进行了线性拟合。结果表明：玉米秸秆挤出物和汽爆物具有明显的剪切稀化现象,均属假塑性流体;在低剪切速率时,流变曲线受温度的影响不明显,在高剪切速率下,流变曲线受温度的影响较明显;通过运用宾汉、卡森和幂律3种流变模式进行线性拟合发现,玉米秸秆挤出物和汽爆物的拟合效果均为幂律模式最佳,宾汉模式最差;挤出物和汽爆物的幂律模式本构方程可用于计算精确的流场模拟结果,为挤出物在单螺杆内和汽爆物在连续酶解装置的流动状态提供模拟依据。     

蒸汽爆破前后生物质秸秆的物理化学特性

为深入了解汽爆过程对生物质秸秆的影响,采用扫描电镜和太赫兹时域光谱系统,对汽爆前后的秸秆分别做了检测,分别得到了它们的形貌特征、微区成分分布和太赫兹图谱。其形貌特征显示,秸秆薄壁细胞和表皮被汽爆过程所粉碎,秸秆物质的比表面积大大增加,致使增加了物料的接触面积,在制备沼气或生物质燃料过程中,使得其发酵速度增加。太赫兹时域图谱表明,薄壁细胞和表皮物质的吸收系数,随着频率的增加而增加。同时,由于汽爆因素的影响,它们的吸收系数在汽爆前后明显不同,表明其结构发生了一些变化,微区成分分析也证明了这一点。更为重要的是,薄壁细胞在汽爆前后,其吸收光谱分别检测出2个明显的吸收峰,且前后频率位移较大,但其结构变化的机制、变化与振动峰的关系和对振动峰的归属和指认需要做进一步的研究。     

玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化

该研究针对农村户用沼气发酵中粪便类发酵原料不足、影响沼气池利用率的问题,为弥补沼气发酵原料单一及不足,将秸秆、粪便混合作为发酵原料,对秸秆粪便混合原料厌氧发酵产沼气的工艺条件进行优化研究,旨在为农村户用沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以产气量为响应值,研究玉米秸秆与猪粪质量比、温度、pH值、接种物质量分数4个因素对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵的影响,得出产气数学模型,并对数学模型进行了理论分析。通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:玉米秸秆与猪粪质量比为1∶1、pH值为7.5、接种物质量分数为50%、温度30℃,预测产气量为18.51 L。4因素影响主次顺序依次为原料玉米秸秆与猪粪质量比、温度、接种物质量分数、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间相对误差小于5%,方差分析不显著,模型拟合较好,为提高粪便秸秆混合原料发酵产气量和提高发酵效率提供参考。     

蒸汽爆破发酵棉秆饲喂绵羊效果分析

为了研究蒸汽爆破与微生物发酵联合处理的棉秆对育肥期绵羊生产性能及血液生化指标的影响。试验选取健康的5月龄的巴音布鲁克公羊30只,依据体质量进行单因素完全随机试验设计,分为蒸汽爆破发酵棉秆组、棉秆组和玉米青贮组,每组10只。试验期40 d。试验结果表明:干物质采食量在各组间差异极显著(P0.01)。蒸汽爆破发酵棉秆组的日增质量比棉秆组高49.21%(P0.05);玉米青贮组的日增质量比棉秆组高44.45%,具有显著趋势(0.05P0.1);料肉比棉秆组蒸汽爆破发酵棉秆组玉米青贮组。玉米青贮组的血液球蛋白质量浓度比蒸汽爆破棉秆组和棉秆组低17.02%和20.01%,差异显著(P0.05)。玉米青贮组的血液总蛋白质量浓度比棉秆组低11.90%(P0.01),比蒸汽爆破发酵棉秆组低7.86%(P0.05)。白蛋白与球蛋白的比值蒸汽爆破发酵棉秆组比玉米青贮组低18.68%(P0.05)。棉秆组的谷丙转氨酶比玉米青贮组和蒸汽爆破发酵棉秆组高69.80%和77.67%,差异极显著(P0.01)。玉米青贮组的血液胆固醇摩尔浓度比棉秆组低36.13%(P0.05)。低密度脂蛋白摩尔浓度玉米青贮组比棉秆组低50.00%(P0.05)。试验结果说明:棉秆经蒸汽爆破发酵后,其饲喂品质高于棉秆而低于玉米青贮,对育肥羊的安全性要优于粉碎棉秆,能减轻对绵羊机体的伤害;育肥羊的增重效果高于棉秆而接近玉米青贮,料肉比高于玉米青贮而低于棉秆。在棉花种植区,利用蒸汽爆破和微生物发酵技术联合处理棉花秸秆,可能有助于棉花秸秆的饲料化利用。