双螺杆物化组合预处理对秸秆产沼气的影响.pdf

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1、第27卷第1期2802011年1月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．1Jan．2011双螺杆物化组合预处理对秸秆产沼气的影响崔启佳，朱洪光※，王旦一，熊飞龙(同济大学现代农业科学与工程研究院生物质能源研究中心，上海200092)摘要：为解决沼气工程实践中秸秆预处理的问题，该研究提出一种双螺杆物化组合处理途径用于秸秆的预处理。以稻草为原料，设计4组试验：双螺杆物化组合预处理组、单纯双螺杆物理预处理组、单纯化学预处理组和未预处理组，每组投料量均为干质量20g。试验结果

2、是：1)各组累积产气量依次为2275．5、l750、2025．5和1868．5mL；2)单位原料产气量方差分析结果(尸<0．05)，化学作用P--0．0158，物理作用p--q)．4828，物化交互作用P=-0．0422，表明物化组合预处理效果显著；3)双螺杆疏解原料的长度在5～10mm，宽度在O．1～O．2衄。研究表明：双螺杆物化组合预处理是秸秆沼气原料预处理有潜力的处理手段。此外，原料形态的改变符合工程中全混式沼气池对进出料的要求，也改善了发酵池内搅拌时的流态条件。关键词：秸秆，挤压机，螺杆，沼气，

3、物化组合预处理doi：10．39690．issn．1002—6819．2011．01．045中图分类号：$216．4文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)一01—0280—06崔启佳，朱洪光，王旦一，等．双螺杆物化组合预处理对秸秆产沼气的影响[J]．农业工程学报，2011，27(1)：280--285．CuiQijia，ZhuHongguang，WangDanyi，eta1．Effectonbiogasyieldofs仃awwithtwin-screwextruderphysical-c

4、hemicalcombinationpretreatment【J】．TransactionsoftheCSAE，2011，27(1)：280--285．(inChinesewithEnglishabstract)0引言沼气工程因其在能源、环境、卫生和经济等方面的优势，成为了现代生态建设的重要技术支撑之一【l】。近年来，秸秆作为沼气工程的发酵原料，已经成为研究热点【纠】。农作物秸秆资源丰富，我国每年产量约7亿t，为其用于沼气发酵提供了良好的物质基础。但实践中发现，秸秆中纤维素、半纤维素和木质素形成的木质纤

5、维素结构阻碍了厌氧菌对纤维素的利用，致使秸秆的产气率比较低【5叫，制约了以秸秆为原料的沼气工程的发展。研究表明，通过对秸秆进行适当的预处理、改善秸秆的质地，可以提高秸秆的转化效率【171。目前开展的秸秆预处理有：物理途径，例如汽爆处理【岛9I；化学途径，如酸碱处理[1o。il】；以及生物途径，如普通堆肥，白腐菌处理[12-13]等，在提高产气率和缩短反应时间上均取得了明显的效果。但是，以上预处理手段实践证明具有成本高、能耗高、劳动强度大的问题，目前的产业化并不理想。因此，寻求经济、高效、便捷的秸秆预处理

6、途径，已经成为秸秆产沼气的核心难题。秸秆预处理产沼气，在目标上与造纸制浆有很多相收稿日期：2010-05．27修订日期：201l-0l川基金项目：上海市科委项目重点支撑项目(07DZl2050)；新奥．同济生态园专项基金．作者简介：崔启佳(1984一)，男，辽宁鞍山人，主要从事农业固体废弃物生物质能源转化研究．上海同济大学现代农业科学与工程研究院生物质能源研究中心，200092．Email：euiqijia@gmail．com※通信作者：朱洪光(1974一)，男，安徽阜南人，博士，同济大学现代农业科学与

7、工程研究院生物质能源研究中心主任，从事以沼气为中心的生物质能源工程研究．上海同济大学现代农业科学与工程研究院生物质能源研究中心-200092·Email：zhuhg@tongii．edlL∞似之处，或许能够从制浆造纸工业中得到借鉴。上世纪70年代，法国、瑞典等国研究机构把源于塑料和食品工业的混配和挤出成型的双螺杆疏解系统应用于制浆造纸行业中的初级磨浆【141，对木质纤维原料的初级碎化非常有效。经过实际考察，与其他预处理相比，双螺杆疏解系统能够将物理挤压、揉搓疏解和反应温度提升等过程有机地结合起来，实现了

8、物化处理条件的优化。以上优势非常符合秸秆原料生物质能源转化的预处理要求。此外，该系统町以实现对秸秆预处理的连续操作，具有生产效率高和劳动强度小的特点，易于产业化生产。近年来，已有报道将双螺杆疏解系统应用于生物质能源转化产乙醇的试验【l51，但将其应用于秸秆预处理厌氧发酵产沼气方面却未见报道。本研究以双螺杆疏解系统为载体，结合化学药剂对稻草进行预处理，研究双螺杆物化组合预处理对秸秆产沼气的影响，进而探索双螺杆物化组合预处理用于秸秆沼气工程的可