秸秆预处理技术.doc

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1、秸秆沼气关键技术之木质纤维素预处理技术秸秆的木质纤维素含量较高，不易被厌氧菌消化，厌氧发酵产气量低、经济效益差，这是导致秸秆不能够被大规模用于沼气生产的主要原因。解决的方法就是在厌氧发酵前，对秸秆进行物理、化学或生物预处理。预处理的目的就是要解除包裹纤维素的木质素、提高后续转化反应速率，防止生成的副产物影响后续的降解和发酵。此外，释放出的纤维素本身结构也很复杂，其分子内部存在大量的晶区.非晶区和氢键，难溶于常见溶剂。预处理过程可以破坏结晶区，降低聚合度和结晶度，从而提高在溶剂中的溶解性。预处理是木质纤维素降解转化生成沼气工艺中一个很重要不可或缺的步骤。现在，相关的预处理技术很多，大体上可

2、以分为物理法、化学法、生物法、物理结合化学法以及物理化学联合生物预处理法等。1.1物理法物理法的原理是改变原料的物理结构来增加纤维素与酶接触的表面积。物理法的主要处理方式有机械粉碎、高能辐射、微波处理和髙温分解。物理法处理的特点物理法处理木质纤维素材料的优点能提高原料的比表面积、减少结晶区，操作又简单易行，能起到即时效果，常与其它预处理技术联用，对环境污染较小且过程较为简单，但物理法处理需要较高的能量和动力，因此会增加生产成本。1.2化学法化学法的原理是利用酸使纤维素、半纤维素和木质素吸胀，并破坏其结晶结构，使其溶解并降解形成纤维糊精、纤维二糖、葡萄糖及葡聚糖等。碱预处理的主要作用是去除

3、木质素引起纤维素明显润胀，增加内表面积，改变半纤维素的溶解性、酶转化率。纤维素遇碱，只引起纤维素膨胀，形成了碱化纤维素,但能保持原来骨架。化学法的主要处理方式有酸、碱、有机溶剂等预处理方法。化学法处理的特点酸作为催化剂使半纤维素水解，使原料变得多孔，有利于增大纤维素与纤维素酶的接触面积。但是酸具有毒性和腐蚀性，需要特殊的反应设备和相关的回收工艺。在下一步的酶解或发酵之前需要将未利用的酸中和掉。碱预处理相对于酸法反应器成本较低、操作安全，但也需要废水和残余物的回收处理工序。比如氨处理能脱除原料中大部分木质素。氨处理条件温和，所需设备简单，而且可去除乙酰基，但是半纤维素在氨浓度较高时会有部分

4、的损失。氧化剂址02、和。2脱去木质素和大部分半纤维素，可在温和条件下进行,方法简便，能分解氨、碱处理不能分解的双子叶类的木质纤维素，不产生对反应有抑制作用的副产物。臭氧分解的优点是：①能有效去除木质素；②不产生有毒物质；③可在室温和常压下进行。但由于降解过程中需要大量的臭氧，所以处理成本较高。有机溶剂处理可破坏木质纤维素原料内部的木质素和半纤维素之间的连接键。但存在腐蚀和毒性等缺点，易造成环境污染，需回收。1.3物理化学法物理化学法的原理是高压蒸汽进入到纤维结构内部，以气流的行式从封闭的孔隙中释放出来，使结构稳固的纤维发生一定的机械断裂，同时高温、高压的条件下加大纤维素结构内部氢键的破

5、坏，游离出新的疑基自由基，纤维素内的有序结构发生本质性改变，增加了纤维素的吸附能力。物理化学法的主要处理方式有蒸汽爆破预处理、氨纤维爆破法、C02爆破和湿氧化法。物理化学法的特点比如其中的蒸汽爆破法具有节能、环保、无回收费用的优点，但对木质素的分离不完全，且产生发酵抑制物。氨纤维爆破法：以氨水预浸原料，然后再用蒸汽爆破处理。去除部分半纤维素与木质素，降低纤维素的结晶性，提高纤维素酶的可及度，不产生对微生物有抑制作用的物质。氨纤维爆破法需要对氨水回收利用，投资成本较高•与蒸汽爆破相比，氨处理对设备的要求和所需的能耗大为降低，但氨的有效回收是氨爆破必须要妥善解决的问题。C02爆破：蒸汽爆破过

6、程中添加C02o能显著提高半纤维素水解程度，不产生发酵微生物的抑制物，其成本高于蒸汽爆破，但比氨纤维爆破低。湿氧化法：在加温、加压条件下水和氧气共同参加的反应。湿氧化法对玉米秸秆处理非常有效。加人N82CO3后起缓和作用，防止了纤维素破坏，使木质素和半纤维素溶解于碱液中，而与纤维素分离，这样得到的纤维素纯度较高，并且副产物非常少。1.4生物法生物法的原理是生物处理是利用分解木质素的微生物产生的木质素分解酶系对物料中的木质素进行分解，除去木质素以解除其对纤维素的包裹作用。生物法的主要方式是真菌（白腐菌、褐腐菌、软腐菌）、基因工程菌、酶类（多酚氧化酶、漆酶、过氧化氢生成酶、还原酶）等。生物法

7、的特点生物法具有能耗低、无污染、条件温和、操作简单、不污染环境适宜农业纤维素原料的饲料化处理等优点，但周期长、菌体会利用部分纤维素和半纤维素使水解得率降低，处理效率不高。随着基因工程技术的发展，许多改进的基因工程菌将在木质纤维素预处理中发挥重要的作用，生物法的优势也将逐渐显示出来。1.5联合法联合法的原理是单一处理方法对木质纤维素原料进行预处理时，难以达到预定效果，往往需要采用不同方法的组合。联合法能针对不同的木质纤维素原料,综合几