大豆秸秆纤维基可降解地膜原料预处理工艺参数优化.doc

尿素氨化预处理对稻秸干法厌氧发酵特性的影响 罗立娜 丁清华 公维佳 王忠江 李文哲* 秦丽元 （东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030） 摘 要：为了提高稻秸的可生物降解性，利用尿素预处理方式，研究不同尿素质量分数(2%、4%、6%、8%、10%)和不同预处理温度(25、30、35、40、45、50℃)对稻秸预处理前后木质纤维素含量变化及干发酵产气特性的影响。结果表明：1）不同尿素质量分数对稻秸预处理效果影响显著，尿素预处理能够破坏稻秸木质纤维素的结构，预处理后稻秸的碳氮比降低，预处理后稻秸的累计产气量比未经处理组高20.67%～38.20%，尿素质量分数为4%时效果较好；2）不同预处理温度对稻秸预处理效果影响不显著，尿素预处理效果主要受尿素质量分数的影响。研究结果为秸秆的预处理工艺提供参考，并为秸秆厌氧发酵技术提供数据支持。 [J]. 农业工程学报，20，()：- ，，，et al. Influence of urea ammoniated pretreatment on dry anaerobic fermentation characteristics of rice straw [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 20, 31()：-.(in Chinese with English abstract) 0 引 言 中国农作物秸秆资源十分丰富，约占国生物质资源量的52.85%，年产量达7亿t左右，其中稻秸约为2.3亿[1]。目前秸秆的利用率约为33％，大被就地焚烧[2]，不仅破坏土壤结构，造成耕地质量下降，影响农业收益，而且污染环境，造成雾霾天气，危害人体健康[3-]。 利用农作物秸秆进行厌氧发酵能够和环境污染问题。秸秆类物料木质纤维素含量高，木质素植物细胞壁形成致密的物理屏障，阻止微生物的接触，致使秸秆中的木质纤维素不宜被微生物降解，水解酸化困难，因此利用预处理技术提高秸秆的可降解程度成为研究的重点。 目前利用的预处理技术主要有物理预处理、化学预处理和生物预处理。物理预处理，常作为其预处理的前处理过程。生物预处理耗能低，但对菌种的要求较高，工程化应用困难。利用酸或碱的化学预处理影响后续产甲烷阶段的进行。氨化预处理作为一种化学预处理方法，不仅破坏木质纤维结构，使秸秆更有利于厌氧发酵，而且为厌氧发酵过程补氮。 尿素作为氨源存在可常温常压下运输和贮存、氨化过程中不需要复杂的设备、处理过程对人畜健康无害、成本低等优点，本研究尿素作为氨源探讨尿素预处理对稻秸木质纤维素的降解和厌氧发酵特性的影响，得出较优的预处理工艺参数，为稻秸的厌氧发酵预处理技术提供理论依据。 稻秸取自哈尔滨周边农田，自然风干至总固体TS)为10%，粉碎至3～5cm。样品使用前密封在塑料袋里，接种物取自实验室自行研制的两相厌氧发酵工业化中试系统的产甲烷罐中，以保持接种物具有较高的活性。的性质如1所示表1稻秸和接种物的特性 Table1 Characteristics of rice straw and inoculums 特性Characters TS/% VS/% TC /% TN /% 木质素Lignin content/% 纤维素Cellulose content/% 半纤维素Hemicelluloses/% C/N pH值 稻秸Rice Straw 89.83 75.32 43.52 0.92 6.64 32.11 28.8 47.3 - 接种物Inoculum 7.33 5.2 0.76 0.21 - - - 3.62 7.52 1.2 尿素预处理 取稻秸质量100g（湿重），调节稻秸含水率为30%，2%、4%、6%、8%和10%4%，按预处理温度25、30、35、40、45、50℃单因素对木质纤维素TS 和VS/TS值分别为 90.43% 和 83.53% 厌氧发酵装置如图1所示。试验装置为1 L三角瓶，三套装置同时运行，发酵温度35±1)℃，每个反应器放置40 g稻秸和230 g接种物，混合至TS质量分数20% 1.控制箱 2.温度传感器 3.反应器 4.加热器 5.集气瓶 6.量筒 1. Control cabinet 2. Temperature Sensor 3. Reactor 4. Heaters 5. gas collecting bottle 6. Measuring cylinder 图1 试验装置示意图 Fig.1 Test device schemes 1.4 指标分析方法 气体体积采用气相色谱法测定，测定方法： Agilent 6890N型