玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)沼氣的工藝分析

李琳

摘 要：如今，我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們生活水平逐漸提高對于能源的需求量越來越大，而過去所使用的能源開發(fā)方式已經(jīng)難以應對現(xiàn)在企業(yè)對于能源的要求，我國能源開發(fā)的相關研究機構充分利用我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢，將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)的秸稈作為燃料進行使用，然而雖然能夠節(jié)省其他成本較高的燃料，但是秸稈在燃燒之后會產(chǎn)生很多有害氣體，長此以往會造成極其嚴重的環(huán)境污染，如土壤礦化等、本文對玉米的秸稈進行發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的工藝進行分析。

關鍵詞：玉米秸稈；發(fā)酵產(chǎn)沼氣；工藝分析

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，秸稈產(chǎn)量居世界前列，每年大約生產(chǎn)6.4億t秸稈，但秸稈大多被焚燒，造成了環(huán)境污染。所以，無論從資源利用還是環(huán)境保護的角度，這種現(xiàn)象都急需改變。秸稈中纖維素的結晶度、聚合度很高，木質素與半纖維素以共價鍵形式結合將纖維素分子包在里而，形成一種天然屏障，而木質素的非水溶性、化學結構的復雜性導致了秸稈的難降解性。所以，要徹底降解纖維素，提高秸稈的降解性能，解決木質素的降解問題。

一、我國玉米秸稈資源及還田利用現(xiàn)狀

1.我國玉米秸稈資源及其分布

在過去20多年，隨著我國玉米種植面積不斷擴大，玉米秸稈產(chǎn)量也持續(xù)增加。2010年我國玉米產(chǎn)量達到17725萬t，以1.25的草谷比系數(shù)計算（即每kg玉米可獲得1.25kg秸稈），當年玉米秸稈產(chǎn)量達到22156萬t，約占我國農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量的28.57%。

我國玉米秸稈分布呈現(xiàn)北方多、南方少的基本布局。

東北區(qū)是我國最大的玉米產(chǎn)區(qū)，2010年該區(qū)玉米產(chǎn)量達5479萬t，玉米秸稈產(chǎn)量6849萬t，占全國31%。華北區(qū)是我國第二大玉米產(chǎn)區(qū)，2010年該區(qū)玉米秸稈產(chǎn)量達6566萬t，占全國近30%。2010年，蒙新區(qū)、西南地區(qū)、黃土高原區(qū)、長江中下游地區(qū)、華南區(qū)和青藏區(qū)玉米秸稈產(chǎn)量分別為2566萬t，2436萬t，2111萬t，1230萬t，381萬t和17萬t。黑龍江、吉林和山東是我國玉米秸稈產(chǎn)量最大的三個省份，其玉米秸稈產(chǎn)量分別占全國的13.1%，11.3%和10.9%。

2.我國玉米秸稈還田與利用現(xiàn)狀

從玉米秸稈直接還田比例來看，總體水平較低，且地域差異較大。根據(jù)我們的估計，2010年我國約有3899萬t玉米秸稈被直接還田，占玉米秸稈資源總量的17.6%（見表1）。華北地區(qū)是我國玉米秸稈直接還田比例最高的地區(qū)，約有31%的玉米秸稈被直接還田（河北、吉林兩地的調研進一步實證了我們的估計。河北石家莊地區(qū)，早在1995年就開始推廣秸稈還田技術。目前，絕大多數(shù)農(nóng)戶能夠將玉米和小麥秸稈全量還田。而吉林公主嶺地區(qū)，絕大多數(shù)農(nóng)戶是將玉米葉在田間焚燒掉，玉米稈收集后放在家中用作冬季燒炕取暖、做飯燃料。）經(jīng)濟發(fā)展水平較高的長江中下游地區(qū)玉米秸稈直接還田比例為18%，也略高于全國平均水平。盡管東北地區(qū)是我國最大的玉米產(chǎn)區(qū)，但該地區(qū)玉米秸稈直接還田比例僅為11.2%，遠低于全國平均水平。玉米秸稈直接還田比例最低的地區(qū)是青藏高原區(qū)和蒙新區(qū)，秸稈還田比例不足10%。

我國玉米秸稈的利用方式多樣，主要包括農(nóng)村生活能源、飼料化利用、作為工業(yè)原料、食用菌基料以及秸稈還田等。各地經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結構不同，玉米秸稈利用方式差異很大（表1）。據(jù)2011國家玉米產(chǎn)業(yè)體系對全國100多個縣的問卷調查結果整理估算，我國約29.5%的玉米秸稈被用于農(nóng)村生活能源；每年約有26.4%的玉米秸稈被用于牛、羊等食草動物的飼料以及牲畜圈舍鋪墊；約3.1%的秸稈用于工業(yè)用途（主要加工人造板、一次性餐盒以及手工藝品等）和用作食用菌基料，近年來，用于食用菌栽培的秸稈量不斷上升。目前，我國玉米秸稈用于生物能源生產(chǎn)的比例還很小，隨著技術成熟，用量可能將上升。

二、發(fā)酵玉米秸稈產(chǎn)生沼氣的工藝分析

1.玉米秸稈的特性

玉米秸稈的主要成分為粗纖維、粗蛋白、碳水化合物、脂肪以及一些比較容易降解的物質，由于玉米秸稈中的硫元素的含量比較少，因此在燃燒玉米秸稈后產(chǎn)生的二氧化硫以及二氧化氮氣體也隨之減少，能夠有效減少酸雨的發(fā)生概率，還可初步實現(xiàn)二氧化碳零排放，生物秸稈中鉀、氮、碳以及磷等元素都是可以促進農(nóng)作物生長的營養(yǎng)性元素。由于玉米秸稈的構成細胞十分堅實，其細胞壁的成分主要是木質素，從生物化學的角度來看，玉米秸稈的機構既復雜又穩(wěn)定，對玉米秸稈實施發(fā)酵產(chǎn)沼氣的過程中，由于其細胞中的木質素進行消化講解的能力很弱，水解的過程相對比較緩慢，程度不高，對降解階段過后氣化以及酸化過程也會產(chǎn)生影響。

2.工藝原理

進行秸稈發(fā)酵工藝時，需要將玉米秸稈放到粉碎機中進行粉碎，在已經(jīng)被粉碎的玉米秸稈中加入酵菌劑，并且要做好堆漚以及其他的預處理，再將這些經(jīng)過加工的混合性的玉米秸稈投放到沼氣池來實施厭氧發(fā)酵，完成發(fā)酵后，不僅僅可以獲得沼氣，還可獲得用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有機肥料。在進行這項工藝時，發(fā)揮最大作用的技術主要是生物酶技術以及厭氧消化技術。在玉米秸稈產(chǎn)生厭氧消化的反應時，其原理主要是，作為有機物的生物秸稈在厭氧的環(huán)境下，通過微生物對其的作用發(fā)生了分解，由原有物質轉化成二氧化碳以及甲烷，在這個過程中，玉米秸稈還能完成合成自身的細胞物質過程。另外，玉米秸稈進行厭氧消化的過程實際上是一個生物與化學互相轉化的過程。玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)沼氣的過程可被分為三個階段，第一階段主要發(fā)生水解現(xiàn)象，玉米秸稈內(nèi)部的不溶于水的復合型有機物通過一定的化學反應，轉化成可溶于水的化合物；第二階段主要進行產(chǎn)酸，上一階段得到的可溶于水的化合物通過化學反應再轉化成乙醇以及短鏈酸；最后一個階段是產(chǎn)生甲烷的階段，前兩階段獲得的新物質再次通過一些厭氧菌進行轉化，可以達到產(chǎn)生主要成分是二氧化碳以及甲烷能夠燃燒的混合性氣體，也就是我們需要的沼氣。

三、結語

總而言之使通過發(fā)酵玉米秸稈生產(chǎn)沼氣的方式更加科學，能夠為我國節(jié)約能源的環(huán)保事業(yè)貢獻力量。

參考文獻：

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