碱处理对秸秆厌氧消化的影响

为减少秸秆碱处理的碱用量,提高秸秆的产气量,从产气量、XRD和FTIR等角度对碱预处理与后处理进行了初步比较,并对碱处理前后秸秆浸提液的理化性质以及秸秆的物质结构变化进行了分析.结果表明,秸秆经5%NaOH处理48 h后,细胞中的有机物大量溶出,COD、TN、NO 3--N和NH 4+-N分别从2 311.11、175.40、5.02和117.82 mg/L增至10 488.89、417.84、248.64和141.44 mg/L,表明碱处理不仅破坏木质纤维结构,还破坏核酸、氨基酸等含氮物的结构,将其中的氮以NO 3--N和NH 4+-N的形式释放出来;碱处理破坏了秸秆木质素结构,木质素含量降低,但纤维素的相对结晶度增加,从0.592 3增加到0.662 2.厌氧消化的结果显示,秸秆预处理与后处理的产气能力相当,单位TS产气量分别为382.32 mL/g和375.84 mL/g,较对照分别提高了28.13%和25.96%,但后处理的碱用量仅为预处理的50%;厌氧发酵后对照中的木质素含量增加,而预处理和后处理均降低,后处理对木质素的破坏效果更好;厌氧微生物可破坏纤维素的结晶区,后处理对纤维素结晶区和无定形区的破坏均强于预处理.     

芦苇酶解对氢气-甲烷联产过程微生物群落演替规律的影响

采用10 mg/g纤维素酶R-10预处理芦苇秸秆,研究了酶解预处理对芦苇厌氧产气潜力的影响,分析了氢气-甲烷联产过程中微生物群落结构演替规律. 结果表明:酶解预处理后,芦苇秸秆在产氢阶段的累积产气量和φ(H₂)分别达到42.5 mL/g和52.1%;在产甲烷阶段,累积产气量稳定上升,最高值可达137.5 mL/g,是对照组产气量的5倍. 由扫描电镜(SEM)观察可知,产氢阶段以短杆状和梭状菌为主,产甲烷阶段以长杆菌为主. PCR-DGGE(聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳)分析表明,芦苇在酶解预处理后,其厌氧联产过程中微生物群落呈规律性演替,产氢阶段的优势微生物分别为具有降解纤维素产氢气功能的嗜热纤维素菌Clostridium thermocellum(条带B20)、具有高效产氢潜力的兼性厌氧产气肠杆菌Enterobacter aerogenes(条带B28);在产甲烷阶段,其优势微生物为可利用氢营养途径合成甲烷的产甲烷古菌Methanoculleus bourgensis(条带A3)、Methanoculleus horonobensis(条带A13). 经纤维素酶预处理后,芦苇秸秆厌氧联产的累积产气量、φ(H₂) 提高显著,具有纤维素降解功能的细菌和可利用氢营养途径合成甲烷的古菌为主要优势微生物.      

水稻秸秆经漆酶预处理后产沼气研究

利用秸秆产沼气是秸秆无害化处理解决环境污染问题的可行手段.本研究针对秸秆特殊结构而导致产沼气少、启动慢、利用率低等问题,采用自培养漆酶预处理水稻秸秆,提高了秸秆产气率及利用率.通过研究发现,当漆酶添加量为40 mL、发酵温度为35℃、预处理7d的条件下,秸秆的产气量最高;同时发现,金属离子的添加对沼气产量有很大影响,其中Cu2添加后产气量提高最多.另外,研究发现预处理天数为24 d的秸秆木质素纤维素降解率最高.     

秸秆厌氧发酵产沼气技术现状进展

秸秆是世界上数量最大的可再生资源,但是秸秆内木质纤维素的复杂结构和难降解性限制了秸秆的应用,因此秸秆预处理成为秸秆发酵产气的重要一环。本文介绍了木质纤维素预处理物理技术、化学技术、生物技术、联合处理技术和秸秆厌氧发酵研究进展,并对秸秆预处理技术前景进行展望。     

氢氧化钠和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响

为提高水稻秸秆生物转化产糖效率,分别用氢氧化钠和碱性双氧水对其进行预处理,并考察处理液浓度、温度和时间对木质纤维素酶解糖化效果的影响. 通过分析预处理前后水稻秸秆组分和结构变化,揭示氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响机理. 结果表明:①在80 ℃的条件下,使用1.25%的氢氧化钠对水稻秸秆水浴处理3 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为480.81 mg/g. ②在50 ℃的条件下,使用碱性双氧水(1.5%的氢氧化钠+2%的双氧水)对水稻秸秆水浴处理5 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为575.85 mg/g. ③与未预处理的水稻糖化效果(132.7 mg/g)相比,经氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆酶解产糖率分别提高了262.3%和336.2%. ④扫描电镜显示,经氢氧化钠和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆的比表面积均显著增加,表面结构更加疏松. ⑤红外光谱和X射线衍射光谱表征显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理均可消解水稻秸秆中的木质素并使其转化成纤维素,从而可以促进后续的酶解糖化效果. 研究显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理都能较好地促进水稻秸秆的酶解糖化过程,得到较高的糖含量.      

以稻草秸秆为底物制取复合型生物絮凝剂的研究

以稻草秸秆作碳源,采用两段式发酵工艺制取复合型生物絮凝剂,首先通过纤维素降解菌HIT-3对稻草秸秆进行生物降解,再使产絮菌F2-F6利用秸秆糖化液替代葡萄糖制备生物絮凝剂,并定量分析了复合型生物絮凝剂的产量.结果表明,预处理后的秸秆还原糖产率达到10.6%,纤维素酶活性最大为0.13U/mL,TOC含量不断增加,TN含量不断减少,纤维素降解菌株对稻草秸秆具有很好的降解作用,生物絮凝剂絮凝率为90%.向秸秆糖化液中补加0.2g/L酵母膏调整发酵液营养比例,可使产絮高峰期提前,絮凝率达到95%.每t稻草秸秆可以制取复合型生物絮凝剂44kg.     

不同堆沤处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响

研究利用纤维素分解菌F2对玉米秸秆进行堆沤预处理,将经不同堆沤预处理时间后的秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵产沼气试验。结果发现,堆沤15 d后秸秆的总有机碳含量降低了10.06%,VS去除率和纤维素降解率比未加菌堆沤预处理分别提高了10.74%、10.60%;加菌堆沤预处理后的秸秆厌氧发酵甲烷产气率、干物质产气率、发酵前后VS去除率均高于未加菌堆沤预处理后的秸秆,且产气效率也有明显的提高;加菌堆沤预处理10 d的秸秆比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆提前了2 d达到产气高峰,累计产气量达到21 957 mL,比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆增加了1 629 mL。实验结果表明:该纤维素分解菌对玉米秸秆纤维素有较强的降解能力,并在一定程度上促进了有机碳的矿化;有效地提高了秸秆的生物降解性能,缩短了预处理所需时间;同时提高了玉米秸秆的利用率和产气潜力。     

复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响

秸秆资源化利用对于农业环境保护和可持续农业发展具有重要意义.利用实验室分离获得的15株高效纤维素降解菌,筛选出可有效降解秸秆的复合菌剂JFB-1,研究了复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响.结果表明,接种该复合菌剂能将秸秆堆肥的单个发酵周期缩短1~2 d,堆肥中有机质含量达到403.5~515.1 g·kg-1,C/N比降低至15.30~10.53.盆栽试验发现,施用水稻秸秆堆肥的效果总体好于相应的芦笋秸秆堆肥.与水稻秸秆对照堆肥比较,施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥150 g·kg-1时,土壤中有机质和全氮含量分别提高33.5%和7.3%,土壤脲酶和纤维素酶活性分别提高16.7%和30.8%;与不施肥处理比较,施用秸秆堆肥可改善土壤微生物群落结构,增加微生物多样性指数.当施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥100 g·kg-1时,栽培30 d的普通白菜生物量比水稻秸秆对照堆肥提高46.4%,表明复合菌剂JFB-1在秸秆堆肥中具有很大的应用潜力.     

秸秆高固体厌氧消化预处理实验研究

农作物秸秆含有大量难降解的木质素,难于直接被厌氧微生物利用,降低了高固体厌氧消化技术处理农作物秸秆的效率.本研究采用4种不同化学药剂浸泡的方法对秸秆进行预处理以破坏木质素结构、加快高固体厌氧消化的进程.实验分别利用浸泡液COD浓度、COD溶出总量和14 d加速产气实验结果来表征预处理效果,考察了预处理药剂种类、浓度,预处理时间、温度,秸秆种类及其破碎程度等因素对预处理效果的影响.结果表明,NaOH溶液是预处理效果最好的药剂,提高秸秆的破碎程度和预处理温度,同样能提高预处理效果.利用4 mg/L的NaOH进行秸秆预处理,14 d加速产气实验共产气约1?500 mL(10　g秸秆);预处理24 h后其浸泡液COD浓度达到39?000　mg/L.经过NaOH溶液预处理,秸秆中难降解木质素的含量从28%下降到19%,有利于提高高固体厌氧消化技术处理秸秆的效率.     

高铁酸钾复合液预处理促进玉米秸秆酶解效率的作用机制

高铁酸钾复合液是制备高铁酸钾剩余的废弃滤液，其内含有大量Fe⁶⁺、ClO^-、OH^-，具有破坏木质纤维素顽固结构，提升酶解糖化的潜力.以玉米秸秆为原料，并将其应用于复合液预处理与后续酶解糖化试验中，主要得到以下结论：新鲜复合液在45℃下预处理24 h固液比为10%(m/V)时，秸秆的酶解糖化效果最佳，还原糖产量高达362.92 mg·g^-1，较对照提高了308.88%；通过机理研究发现，复合液会破坏秸秆表面结构，去除木质素和部分半纤维素，使更多纤维素暴露出，从而提高酶解效率；同时发现，复合液中起主要作用的离子是OH^-和ClO^-，两者相互促进，但不具协同作用；通过SEM、AFM、FTIR、XRD分析手段进一步验证了上述结论；经6次循环利用后，复合液的预处理效率降低了约55.48%.综上，高铁酸钾复合液预处理技术可破坏木质纤维素顽固结构，此项预处理技术的研发为农业废弃物的资源化利用提供了新思路.     

KOH和NH3·H2O联合固态预处理对青稞秸秆厌氧发酵特性的影响

为提高青稞秸秆的综合利用率,选用KOH和NH₃·H₂O作为青稞秸秆固态预处理试剂进行中温批式厌氧发酵产甲烷试验研究,并通过Box-Behnken响应面法来考察不同含量的KOH、NH₃·H₂O及预处理时间对青稞秸秆累积甲烷产量的交互影响. 结果表明:各因素对青稞秸秆累积甲烷产量的影响程度表现为NH₃·H₂O含量>KOH含量>预处理时间;通过响应面模型验证试验得到最优预处理条件为KOH含量5.13%、NH₃·H₂O含量3.35%、预处理时间13.87 h,该条件下累积甲烷产量实测值为282.34 mL/g(以VS计),与预测值(286.4 mL/g)非常接近,相对误差小于5%,证明验证模型有效. KOH和NH₃·H₂O联合预处理能够显著提高青稞秸秆厌氧发酵产甲烷能力(P<0.05),累积甲烷产量较7% KOH和5% NH₃·H₂O单一预处理及未处理分别提高了7.59%、20.82%和70.78%;二者联合预处理还能够有效降解木质素(降解率为29.21%),提高发酵液营养价值;同时,可减少回收预处理试剂的成本,降低对环境的污染. 研究显示,Box-Behnken响应面法能较好地优化青稞秸秆厌氧发酵的预处理条件,KOH和NH₃·H₂O联合预处理是高效生产生物甲烷和环境友好的木质纤维素类废弃物的处理方法.      

乙酸常温预处理对木质纤维素厌氧消化的影响

采用3 种稀酸组合(10%乙酸、10%乙酸加0.5%硝酸以及10%乙酸加0.5%磷酸),在常温条件下,对3 种木质纤维素样品(滤纸、中性复印纸和无油墨报纸)进行预处理,分别考察预处理对生物质组成纤维素、半纤维素和木质素的作用.并选取预处理后的无油墨报纸进行厌氧消化实验,研究不同稀酸预处理方式对木质纤维素厌氧消化的影响.结果表明,酸处理组能水解5%±1%纤维素和88%±1%的半纤维素,但是不能水解木质素;乙酸预处理降低了木质纤维素的亲水性和生物可降解性,从而降低了初始厌氧消化效率.添加0.5%的磷酸或0.5%硝酸不会明显改善乙酸对木质纤维素的水解效果.但是,添加磷酸的处理组在厌氧消化初期微生物量较少的情况下,能为微生物生长提供磷元素,有利于厌氧消化的启动;而添加硝酸的处理组不能缓解预处理对木质纤维素基质性质的影响,而且导致了丙酸的大量积累,从而恶化了厌氧消化的效果.     

微波辅助酸预处理玉米秸秆水解条件研究

玉米秸秆由叶子、皮和髓组成, 这些组分含有不同的纤维素、半纤维素和木质素, 因而可以成为生产燃料乙醇的原料. 采用微波辅助的酸水解来脱除与纤维素和木质素紧密结合的半纤维素, 使得纤维素结构发生变化有利于后续酶解是值得探讨的. 本研究通过将玉米秸秆叶子、皮和髓分离, 分别对它们进行了微波(2450MHz, 1000W)酸预处理, 确定了玉米秸秆不同部分的最优水解条件, 并对其进行了生产燃料乙醇的潜力对比, 以选出最适合做燃料酒精原料的部分. 同时, 在实验中, 选取硫酸浓度、温度、处理时间、料水质量体积比及搅拌速度5个因素分别进行单因素试验和正交试验. 结果表明, 5个因素对微波酸预处理玉米秸秆叶子的影响顺序依次为: 硫酸浓度>温度>料水质量体积比>时间>搅拌速度, 最佳条件是硫酸浓度5.0%, 温度75 ℃, 时间30min, 料水质量体积比1∶15, 搅拌速度800 r·min-1; 对玉米秸秆髓的影响顺序依次为: 硫酸浓度>搅拌速度>预处理时间>料水质量体积比>预处理温度, 最佳条件是硫酸浓度4.0%, 温度75 ℃, 时间25min, 料水质量体积比1∶20, 搅拌速度1000 r·min-1; 对玉米秸秆皮的影响顺序依次为: 硫酸浓度>预处理时间>料水质量体积比>预处理温度>搅拌速度, 最佳条件是硫酸浓度9.0%, 温度72 ℃, 时间30min, 料水质量体积比1∶17.1, 搅拌速度2000 r·min-1. 通过实验可以进一步得出, 玉米秸秆叶子和髓更适合用于生产燃料乙醇. 该研究结果对玉米秸秆的燃料化利用有一定的指导意义.     

温和湿热预处理对稻秸理化特性及生物产沼气的影响

为考察温和湿热预处理提高秸秆产气速率的可行性,以水稻秸秆为原料,在湿热预处理温度80℃、物料含水率60%条件下,通过分析湿热处理前后稻秸理化特性及厌氧生物产气特性的变化,研究不同湿热预处理时间对秸秆预处理及产沼气效果的影响.结果表明,温和湿热预处理促进了稻秸有机物的溶出,预处理后稻秸水浸提液pH值有较大幅度下降,而COD、TVFA和乙酸含量均大幅度增加,与对照组相比,T1、T2和T3处理秸秆水浸提液COD浓度分别增加了47.19%、55.18%和60.62%,TVFA浓度分别增加了22.34%、33.98%和50.12%,乙酸浓度分别增加了19.52%、34.02%和49.37%,并且乙酸占TVFA百分比均超过85%以上,差异显著性分析表明,处理T1水浸提液各理化特性指标与对照组相比呈极显著差异,而不同温和湿热预处理之间无显著差异;对稻秸纤维素组分破坏效果明显,但不同预处理时间对秸秆木质纤维组分破坏效果影响不大;厌氧发酵产气的结果表明,温和湿热预处理可明显提高稻秸厌氧生物产沼气,发酵20 d平均容积产气率可提高12.53%以上,累积TS产气率可提高36.17%以上.可见,温和湿热预处理提高秸秆厌氧生物产沼气效果是可行的,考虑到工程应用中预处理能耗成本因素,湿热预处理时间以T1处理(即6 h)为宜.     

土壤呼吸与土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其机制

以黄豆、玉米、水稻这3种农业秸秆为原料,崇明东滩围垦土地为试验样区,以景观植物地肤草为目标植物,研究土壤呼吸和土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其可能的机制.结果表明,不同秸秆直接还田的土壤呼吸和地上植物量均高于对照组;黄豆秸秆还田后土壤呼吸相对最低,土壤有机碳最高,因此黄豆秸秆还田的土壤碳封存能力高于玉米和水稻秸秆.秸秆还田显著促进土壤微生物活性,增加了土壤微生物量以及β-糖苷酶、脱氢酶活性,脱氢酶活性与土壤呼吸相关性最显著.黄豆秸秆还田脱氢酶活性最低,相应的土壤呼吸也最低.黄豆秸秆纤维素、木质素和C/N含量最高,可降解性最低,表明黄豆秸秆难以被微生物降解利用,因而还田后其土壤微生物活性最低,最终导致最低的土壤呼吸和较高的土壤有机碳.     

侧耳属真菌对农业废弃物转化的研究

70年代以来,国内外不少研究者利用微生物对农作物秸秆等有机废弃物进行生物处理,期望借生物的分解合成作用,提高其饲用价值。但因一般微生物对具有木素纤维素结构的天然纤维素材料分解力差,且无直接经济收益,成本较高,无法在生产上应用。 八十年代初,德国的zadra.F.,在实验室内利用包括侧耳属真菌在内的白腐菌,进行了芸苔、芦苇、向日荧秆、稻壳的降解与体外消化率试验;笔者根据物质多层次利用的原理,进行了秸秆多层次利用的探讨;何锦星等利用侧耳属中的凤尾菇对     

农作物秸秆综合利用的研究进展综述

通过对农作物秸秆的研究现状、处理方法及综合应用情况进行综述,归纳出了目前农作物秸秆综合利用领域、主要处理方法及需要突破的关键技术.明确了突破农作物秸秆外表面物质结构实现完全降解和完成内部纤维素、半纤维素等高分子化合物降解转化是综合利用农作物秸秆研究的重点和难点.同时指出了解决农作物秸秆综合利用的技术层面、法律层面和人文认知理念等方面的发展趋势,为高效利用农作物秸秆及开展关键技术攻关提供参考.     

复合菌系BYND-8的种群组成及其对沼气产量的影响

为了明确1组在中温下(30℃)高效分解木质纤维素的复合菌系的菌群组成.研究复合菌系预处理秸秆对沼气发酵的影响,利用平板分离法和变性梯度凝胶电泳(DGGE)法研究了中温木质纤维素降解复合菌系BYND-8的菌种组成多样性,通过添加该复合系菌液到以牛粪为原料的沼气发酵体系,研究了添加秸秆降解液对沼气产量的影响.利用平板法分离...     

秸秆发酵产氢的影响因素研究

以加热预处理的厌氧活性污泥为接种物,以秸秆（稻草、麦杆）为发酵底物进行微生物产氢实验,研究了不同秸秆粒径、纤维素酶用量、预处理方法、发酵液pH值对秸秆发酵产氢速率以及产氢气量的影响.其中颗粒粒径为170 μm的稻草经过NaOH预处理,按照底物与纤维素酶用量1∶1的比例酶解,进而发酵产氢的单位总产氢量为90.5 mL/g,最大单位产氢速率为0.58 mL/(h·g).     

一种新型改性吸附剂对水中痕量磷的吸附特征

采用碱液-超声波对小麦秸秆预处理后,在高温下用环氧氯丙烷和铝盐进行化学改性,制备了改性秸秆吸附剂.分别对改性前后秸秆的性质表征和吸附性能研究,探讨了改性和吸附机理.表征分析结果表明,改性后秸秆的有序度和结晶度都得到明显提高,并且成功引入了铝离子.改性秸秆吸附水体磷的主要机理包括:因改性而获得的凹凸有致状结构的物理吸附;表面羟基产生的氢键作用以及对磷酸根离子具有配位络合作用;带正电荷表面电位的改性秸秆,可与带负电荷的磷酸根离子之间产生静电吸附作用;改性秸秆对水体磷的空间网捕作用,生成混合磷酸盐晶体.