稻草秸稈沼氣的制備研究

王蘊怡，王多余，張　遙

（1.東北林業(yè)大學，黑龍江哈爾濱150040；2.安徽省化工研究院，安徽合肥230041；3.安徽祺晟化工科技有限責任公司，安徽宿松246501）

稻草秸稈沼氣的制備研究

王蘊怡1，王多余2，張遙3

（1.東北林業(yè)大學，黑龍江哈爾濱150040；2.安徽省化工研究院，安徽合肥230041；3.安徽祺晟化工科技有限責任公司，安徽宿松246501）

通過預處理過的稻草秸稈同步水解糖化產(chǎn)生沼氣試驗，結果表明：未處理的稻草秸稈＜處理過的稻草秸稈的產(chǎn)氣量。

稻草秸稈；沼氣；預處理；同步糖化

沼氣是一種可再生的清潔能源，它既可替代秸稈、薪柴等傳統(tǒng)生物質能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明顯高于秸稈、薪柴、煤炭等。生物質能源作為可再生能源，具有優(yōu)良的環(huán)境效益，可以顯著減少排入大氣中的溫室氣體量，所以生物燃料的需求在不斷擴大。通過預處理使農作物秸稈充分糖化，是實現(xiàn)木質纖維素轉化生物質能源及其它化工產(chǎn)品的關鍵。

傳統(tǒng)沼氣制備技術是采用家禽的糞便為原料，效果顯著。然而未處理過的稻草秸稈并不能夠很好的用于生產(chǎn)沼氣，原因在于稻草秸稈中含有大量難降解的木質素成分，使得微生物不能很好地利用稻草秸稈中的纖維素和半纖維素。通過預處理脫去稻草秸稈中的木質素，加入纖維素酶水解糖化用于制備沼氣的技術充分利用了農作廢棄物，可以緩解國內大面積焚燒秸稈引起的環(huán)境問題。我國是一個農業(yè)大國，作物秸稈（如稻草、麥稈等）的年產(chǎn)量非常巨大（年產(chǎn)量可達7億噸左右，相當于5億噸標煤），因此開發(fā)前景非常廣闊。如能將其技術充分應用于沼氣制備，也將有助于減輕能源需求緊張的局面。

1　實驗部分

1.1實驗材料

預處理過的秸稈（合肥工業(yè)大學提供）；厭氧池中污泥（中國科技大學提供）；纖維素酶（合肥工業(yè)大學提供）。

1.2實驗方法

1.2.1秸稈預處理

取1kg烘干后的稻草秸稈，通過三氧化硫氣爆預處理裝置，50℃下反應30min，再加入1%氫氧化鈉，固液比1∶10，處理4h，水洗烘干備用。

1.2.2纖維素水解

取5g預處理過的稻草秸稈，加入纖維素酶50FPU/g，在50℃下水解糖化8h，停止反應。

1.2.3沼氣制備

取5g厭氧池中的污泥接入1.2.2中的糖化液里，在50℃下厭氧發(fā)酵8天，收集沼氣。

2　實驗裝置

圖1　發(fā)酵制沼氣裝置圖

將預處理秸稈、纖維素酶、厭氧池中的污泥混勻后放入圖1中左邊的試管里密封，開始進行發(fā)酵產(chǎn)沼氣，導入右邊倒置的試管排水法收集沼氣。收集完后，可用明火點燃來檢驗。

根據(jù)以上原理，設計了一個同步糖化發(fā)酵產(chǎn)沼氣實驗裝置，如圖2所示。

圖2是一種可以同步糖化發(fā)酵制沼氣裝置圖，通過預處理過的稻草秸稈、纖維素酶及污泥混合后密閉進行厭氧發(fā)酵制沼氣，通過底部加熱裝置和溫度計進行控溫，壓力表可顯示發(fā)酵罐中壓力情況。在發(fā)酵產(chǎn)沼氣的過程中，可用出氣口收集氣體。

圖2　同步糖化發(fā)酵制沼氣裝置圖

3　結果與討論

比較了未處理過的稻草秸稈、預處理過的稻草秸稈、纖維素酶水解預處理過的稻草秸稈同步糖化發(fā)酵沼氣制備情況，結果見表1。

由表1可見，未處理過的稻草秸稈直接用于沼氣制備不可行；而預處理過稻草秸稈由于木質素脫去，使得一些微生物可以降解產(chǎn)沼氣，但效果不明顯；預處理+水解糖化發(fā)酵制備沼氣4～6天后效果顯著。發(fā)酵后秸稈余重見表2，未處理過的秸稈發(fā)酵7～8天后秸稈重量沒有多大變化；由于預處理過的稻草秸稈纖維素比較密集，微生物生長較緩慢，因而產(chǎn)氣較慢；而通過添加一定的纖維素酶，先水解一部分纖維素使之轉化為可發(fā)酵糖，將有利于微生物生長，短時間內產(chǎn)氣較好，所以采用同步糖化發(fā)酵制沼氣的方法效果顯著。

表2　三種方法的秸稈余重比較

4　結論

通過纖維素酶水解預處理過的稻草秸稈同步糖化發(fā)酵制沼氣與傳統(tǒng)制沼氣比較，采用了新技術同步糖化預處理稻草秸稈制沼氣，效果顯著。該技術的推廣應用不僅有助于解決農村大量焚燒秸稈污染環(huán)境的問題，同時產(chǎn)生了大量的沼氣和有機生態(tài)肥——沼渣，該肥可有效改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，減少化學肥料使用帶來的環(huán)境污染，促進生態(tài)農業(yè)綠色發(fā)展。

Production of Rice Straw Biogas

WANG Yun-yi1，WANG Duo-yu2，ZHANG Yao3
（1.Northeast ForestryUniversity，Haerbin 150040，China；2.Anhui Research Institute ofchemical Industry，Hefei 230041，China；3.Anhui QishengChemical TechnologyCo.，Ltd.，Susong246501，China）

The experiment mainly uses pre-treated rice straw for the production of biogas and designs independently a simultaneous saccharification biogas production pilot plant.The result shows that non-treated rice straw has smaller gas output than treated rice straw and that the treated rice straw demonstrates much more pronounced biogas effect through the simultaneous saccharification biogas production process.

rice straw；biogas；pre-treated

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.04.021

TQ221.1+1

A

1008-553X（2016）04-0065-02

2016-05-04

王蘊怡（1996-），女，東北林業(yè)大學本科在讀，研究方向：生物化學；通訊聯(lián)系人：王多余（1970-），男，高級工程師，從事化工技術與管理工作，0551-65520176，wdy_1970@163.com。