農(nóng)業(yè)廢棄物的生物處理技術(shù)

1、制作：陳浩楠制作：陳浩楠專業(yè)：市政工程專業(yè)：市政工程農(nóng)業(yè)廢棄物生物處理技術(shù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.農(nóng)業(yè)廢棄物的相關(guān)概念農(nóng)業(yè)廢棄物的相關(guān)概念2.我國農(nóng)業(yè)廢棄物的現(xiàn)狀及資源化潛力我國農(nóng)業(yè)廢棄物的現(xiàn)狀及資源化潛力3.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的途徑農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的途徑4.農(nóng)業(yè)廢棄物的生物處理技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物的生物處理技術(shù)5.總結(jié)總結(jié)重要內(nèi)容重要內(nèi)容21. 1. 農(nóng)業(yè)廢棄物的相關(guān)概念農(nóng)業(yè)廢棄物的相關(guān)概念1.1 什么是農(nóng)業(yè)廢棄物什么是農(nóng)業(yè)廢棄物1.2 農(nóng)業(yè)廢棄物的分類農(nóng)業(yè)廢棄物的分類1.3 農(nóng)業(yè)廢棄物的特點農(nóng)業(yè)廢棄物的特點31.1 1.1 什么是農(nóng)業(yè)廢棄物？什么是農(nóng)業(yè)廢棄物？ 農(nóng)業(yè)廢棄物農(nóng)業(yè)廢棄物(agric

2、ultural residue)(agricultural residue)，是指在整個農(nóng)業(yè)生，是指在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被丟棄的產(chǎn)過程中被丟棄的有機類物質(zhì)有機類物質(zhì)，主要包括：農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程，主要包括：農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的植物殘余類廢棄物，畜牧漁業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的動中產(chǎn)生的植物殘余類廢棄物，畜牧漁業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的動物類殘余廢棄物，農(nóng)業(yè)加工過程中產(chǎn)生的加工類殘余廢棄物物類殘余廢棄物，農(nóng)業(yè)加工過程中產(chǎn)生的加工類殘余廢棄物和農(nóng)村城鎮(zhèn)生活垃圾等。通常我們所說的和農(nóng)村城鎮(zhèn)生活垃圾等。通常我們所說的“農(nóng)業(yè)廢物農(nóng)業(yè)廢物”主要主要指指農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便。 4j秸稈秸稈1.2 1.2

3、農(nóng)業(yè)廢棄物的分類農(nóng)業(yè)廢棄物的分類51.3 1.3 農(nóng)業(yè)廢棄物的特點農(nóng)業(yè)廢棄物的特點1.1.元素的組成元素的組成 除除C C、O O、H H三元素的含量高達三元素的含量高達65%90%65%90%外，外，還含有豐富的還含有豐富的N N、P P、K K、CaCa、MgMg、S S等。等。2.2.化學(xué)組成化學(xué)組成 一是一是天然高分子聚合物及其混合物，如纖維天然高分子聚合物及其混合物，如纖維素、半纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等；素、半纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等；二是二是天然小分天然小分子化合物，如氨基酸、生物堿、單糖、激素、抗子化合物，如氨基酸、生物堿、單糖、激素、抗生素、脂肪酸等。生素、脂肪酸等。3.3.物理性

4、質(zhì)物理性質(zhì) 表面密度小、韌性大、抗拉、抗彎、抗沖擊表面密度小、韌性大、抗拉、抗彎、抗沖擊能力強等。能力強等。62. 2. 我國農(nóng)業(yè)廢棄物的現(xiàn)狀及資源化潛力我國農(nóng)業(yè)廢棄物的現(xiàn)狀及資源化潛力2.1 我國農(nóng)業(yè)廢棄物的現(xiàn)狀我國農(nóng)業(yè)廢棄物的現(xiàn)狀2.2 我國農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化潛力我國農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化潛力72.1 2.1 我國農(nóng)業(yè)廢棄物的現(xiàn)狀我國農(nóng)業(yè)廢棄物的現(xiàn)狀種植業(yè)向省工、高效的方向轉(zhuǎn)變種植業(yè)向省工、高效的方向轉(zhuǎn)變 農(nóng)業(yè)廢棄物堆積農(nóng)業(yè)廢棄物堆積 大量化肥代替原用農(nóng)家肥大量化肥代替原用農(nóng)家肥 農(nóng)業(yè)廢棄物利用率低農(nóng)業(yè)廢棄物利用率低養(yǎng)殖業(yè)向集約化、城郊化靠攏養(yǎng)殖業(yè)向集約化、城郊化靠攏 環(huán)境污染問題環(huán)境污染問題

5、人工飼料代替農(nóng)業(yè)廢棄物飼料人工飼料代替農(nóng)業(yè)廢棄物飼料 資源浪費問題資源浪費問題變化變化現(xiàn)狀現(xiàn)狀8焚燒的秸稈焚燒的秸稈遺棄的秸稈遺棄的秸稈2.2 2.2 我國農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化潛力我國農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化潛力1.1.農(nóng)作物秸稈農(nóng)作物秸稈 我國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源非常豐富。據(jù)統(tǒng)計，我國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源非常豐富。據(jù)統(tǒng)計，2009 2009 年全國農(nóng)作年全國農(nóng)作物秸稈理論資源量為物秸稈理論資源量為8.208.20億億t t（風(fēng)干，含水量為（風(fēng)干，含水量為15%15%），其中稻草、麥），其中稻草、麥秸和玉米秸三大農(nóng)作物秸稈分別為秸和玉米秸三大農(nóng)作物秸稈分別為2.052.05億億t t、1.51.5億億

6、t t、2.652.65億億t t，約占，約占資源總量的資源總量的75.6%75.6%，農(nóng)作物秸稈折，農(nóng)作物秸稈折標(biāo)煤總量為標(biāo)煤總量為4.044.04億億t t（表（表1 1）。）。102.2 2.2 我國農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化潛力我國農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化潛力2.畜禽糞便畜禽糞便 近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高，對畜近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高，對畜禽產(chǎn)品的需求量也在不斷增加，這使得畜禽養(yǎng)殖模式不斷從散養(yǎng)向規(guī)模禽產(chǎn)品的需求量也在不斷增加，這使得畜禽養(yǎng)殖模式不斷從散養(yǎng)向規(guī)?；?、集約化養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，促使集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展。但與此同化、集約化養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變

7、，促使集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展。但與此同時，畜禽糞便的產(chǎn)生量也在逐年增加，據(jù)統(tǒng)計，時，畜禽糞便的產(chǎn)生量也在逐年增加，據(jù)統(tǒng)計，2012 年我國畜禽糞便年我國畜禽糞便年年產(chǎn)量約產(chǎn)量約12.69108t，折算為標(biāo)煤年產(chǎn)能，折算為標(biāo)煤年產(chǎn)能總量達總量達9430萬萬t（表（表2）。）。2.2 2.2 我國農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化潛力我國農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化潛力3.小結(jié)小結(jié) 由上可知，我國農(nóng)業(yè)廢棄物具有巨大的資源化潛力，將這些廢棄物通由上可知，我國農(nóng)業(yè)廢棄物具有巨大的資源化潛力，將這些廢棄物通過合理的資源化利用技術(shù)轉(zhuǎn)化為資源，為人類所利用，有利于解決因農(nóng)過合理的資源化利用技術(shù)轉(zhuǎn)化為資源，為人類所利用，有利于解

8、決因農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)快速發(fā)展帶來的業(yè)、畜牧業(yè)快速發(fā)展帶來的環(huán)境污染環(huán)境污染和和資源浪費資源浪費等問題，這對于實現(xiàn)農(nóng)等問題，這對于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，促進業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，促進“三農(nóng)三農(nóng)”問題的解決，推進社會主義新農(nóng)村建問題的解決，推進社會主義新農(nóng)村建設(shè)等都具有重要的現(xiàn)實意義。設(shè)等都具有重要的現(xiàn)實意義。123. 3. 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的途徑農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的途徑利用利用途徑途徑3.1能源化能源化3.3飼料化飼料化3.4材料化材料化3.2基質(zhì)化基質(zhì)化133.1 3.1 能源化利用能源化利用利用途徑143.2 3.2 基質(zhì)化利用基質(zhì)化利用 基質(zhì)化利用基質(zhì)化利用是指農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)過適當(dāng)處理后用作

9、農(nóng)業(yè)是指農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)過適當(dāng)處理后用作農(nóng)業(yè)栽培的原料。農(nóng)業(yè)廢棄物可用作不同基質(zhì)的制作原料。基質(zhì)栽培的原料。農(nóng)業(yè)廢棄物可用作不同基質(zhì)的制作原料?；|(zhì)為植物根系提供水、氣、肥等營養(yǎng)，并對植物起到支持和固為植物根系提供水、氣、肥等營養(yǎng)，并對植物起到支持和固定作用。定作用。農(nóng)業(yè)廢棄物基質(zhì)化工藝農(nóng)業(yè)廢棄物基質(zhì)化工藝農(nóng)業(yè)廢棄物基質(zhì)農(nóng)業(yè)廢棄物基質(zhì)種植食用菌種植食用菌3.3 3.3 飼料化利用飼料化利用 目前，目前，農(nóng)業(yè)廢棄物的飼料化農(nóng)業(yè)廢棄物的飼料化主要分為主要分為植物纖維性廢棄物的飼料化植物纖維性廢棄物的飼料化和和動動物性廢棄物的飼料化物性廢棄物的飼料化，因為農(nóng)業(yè)廢棄物中含有大量的，因為農(nóng)業(yè)廢棄物中含有大量

10、的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)和和纖維類物質(zhì)纖維類物質(zhì), ,經(jīng)過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理便可作為畜禽飼料應(yīng)用。經(jīng)過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理便可作為畜禽飼料應(yīng)用。1.1.植物纖維性廢棄物植物纖維性廢棄物 植物纖維性廢棄物主要指秸稈。當(dāng)前我國秸稈的飼用量約為植物纖維性廢棄物主要指秸稈。當(dāng)前我國秸稈的飼用量約為1.61.6億億t t。1.61.6億億t t 秸稈秸稈3.673.67億億haha天然天然草地產(chǎn)草量草地產(chǎn)草量養(yǎng)殖量約為養(yǎng)殖量約為4.64.6億只羊億只羊大多可以大多可以直接飼喂直接飼喂也可經(jīng)過一定加也可經(jīng)過一定加工處理后飼喂工處理后飼喂優(yōu)點：可以提高其營養(yǎng)利用率優(yōu)點：可以提高其營養(yǎng)利用率和經(jīng)濟效益。和經(jīng)濟效益。加工處理方法：

11、粉碎等物理方法、酸加工處理方法：粉碎等物理方法、酸堿處理等化學(xué)方法和微生物發(fā)酵等。堿處理等化學(xué)方法和微生物發(fā)酵等。163.3 3.3 飼料化利用飼料化利用 2. 2. 動物性廢棄物飼料化動物性廢棄物飼料化 動物性廢棄物主要指畜禽糞便和加工下腳料。如雞糞的動物性廢棄物主要指畜禽糞便和加工下腳料。如雞糞的有效能值為有效能值為7 7 524524 kJ/kg,kJ/kg,含含粗蛋白粗蛋白27%27%左右，無氮浸出物左右，無氮浸出物20%20%以上，還含有以上，還含有豐富的鈣、磷和微量元素豐富的鈣、磷和微量元素，通過特定的物理、，通過特定的物理、化學(xué)和微生物方法處理后可作為畜禽飼料。但是，動物性廢化學(xué)

12、和微生物方法處理后可作為畜禽飼料。但是，動物性廢棄物的飼料化利用存在棄物的飼料化利用存在一定的安全隱患一定的安全隱患，目前人們對動物性，目前人們對動物性廢棄物的飼料化利用觀點不一致，存在爭議。廢棄物的飼料化利用觀點不一致，存在爭議。173.4 3.4 材料化利用材料化利用 材料化利用材料化利用是利用農(nóng)業(yè)廢棄物中的高蛋白質(zhì)資源和纖維性材料生產(chǎn)是利用農(nóng)業(yè)廢棄物中的高蛋白質(zhì)資源和纖維性材料生產(chǎn)多種生物質(zhì)材料，比如：多種生物質(zhì)材料，比如：高纖維性高纖維性植物廢棄植物廢棄物物生產(chǎn)紙板、人造纖維板、輕質(zhì)建材板；生產(chǎn)紙板、人造纖維板、輕質(zhì)建材板；通過固化、炭化技術(shù)制成通過固化、炭化技術(shù)制成活性炭活性炭；稻殼

13、作為生產(chǎn)白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料；稻殼作為生產(chǎn)白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料；實實例例秸稈、稻殼經(jīng)炭化后生產(chǎn)鋼鐵冶金行業(yè)金屬液面的新型保溫材秸稈、稻殼經(jīng)炭化后生產(chǎn)鋼鐵冶金行業(yè)金屬液面的新型保溫材料料；生產(chǎn)可降解餐具材料和纖維素薄膜。生產(chǎn)可降解餐具材料和纖維素薄膜。利用棉稈皮、棉鈴殼等含有的酚式羥基化學(xué)成分可制成利用棉稈皮、棉鈴殼等含有的酚式羥基化學(xué)成分可制成聚聚合陽離子交換樹脂吸收重金屬合陽離子交換樹脂吸收重金屬等。等。184. 4. 農(nóng)業(yè)廢棄物的生物處理農(nóng)業(yè)廢棄物的生物處理4.1 堆肥技術(shù)堆肥技術(shù)4.2 干發(fā)酵技術(shù)干發(fā)酵技術(shù)4.3 生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技

14、術(shù)194.1 4.1 堆肥技術(shù)堆肥技術(shù)概念概念 堆肥技術(shù)堆肥技術(shù)是利用微生物的作用，將不穩(wěn)定的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的有是利用微生物的作用，將不穩(wěn)定的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的有機質(zhì)，使廢棄物中揮發(fā)性物質(zhì)含量降低，臭味減小，物理性狀明顯改善機質(zhì)，使廢棄物中揮發(fā)性物質(zhì)含量降低，臭味減小，物理性狀明顯改善。高溫堆肥高溫堆肥還可以殺滅堆料中的病原菌、蟲卵和草籽，堆肥產(chǎn)品作為土還可以殺滅堆料中的病原菌、蟲卵和草籽，堆肥產(chǎn)品作為土壤改良劑和植物營養(yǎng)源。壤改良劑和植物營養(yǎng)源。堆肥過程中的影響因素堆肥過程中的影響因素 堆肥過程受許多環(huán)境因子的影響，如堆肥過程受許多環(huán)境因子的影響，如C/NC/N比、水分、氧氣濃度、粒度

15、比、水分、氧氣濃度、粒度、pHpH值、溫度等。表值、溫度等。表3 3列出了一些堆肥參數(shù)的合理范圍和優(yōu)先范圍，這些列出了一些堆肥參數(shù)的合理范圍和優(yōu)先范圍，這些數(shù)值可能根據(jù)堆肥原材料的不同而有所變化。數(shù)值可能根據(jù)堆肥原材料的不同而有所變化。204.1 4.1 堆肥技術(shù)堆肥技術(shù)綜合堆肥技術(shù)綜合堆肥技術(shù) 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)固體廢棄物的隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)固體廢棄物的排放量不斷增加，成分排放量不斷增加，成分日趨復(fù)雜日趨復(fù)雜，為提高固體廢棄物的處理效率，人們不再局限于單一的、傳，為提高固體廢棄物的處理效率，人們不再局限于單一的、傳統(tǒng)的堆肥處理技術(shù)，而是將不同的技術(shù)有機結(jié)合逐步向統(tǒng)的堆肥處

16、理技術(shù)，而是將不同的技術(shù)有機結(jié)合逐步向多元化多元化發(fā)展。發(fā)展。綜合堆肥技術(shù)應(yīng)用實例綜合堆肥技術(shù)應(yīng)用實例1.蚯蚓堆肥技術(shù)蚯蚓堆肥技術(shù)底底物物蚯蚓消化系統(tǒng)蚯蚓消化系統(tǒng)微生物微生物產(chǎn)產(chǎn)物物蚯蚓體：優(yōu)質(zhì)動物蛋白，可用蚯蚓體：優(yōu)質(zhì)動物蛋白，可用于養(yǎng)殖。于養(yǎng)殖。代謝產(chǎn)物：富含植物必須的代謝產(chǎn)物：富含植物必須的N、P、K等養(yǎng)分，可作肥料。等養(yǎng)分，可作肥料。農(nóng)作物秸稈農(nóng)作物秸稈及廢渣及廢渣禽類糞便禽類糞便城市生活垃圾城市生活垃圾有機污泥等有機污泥等4.1 4.1 堆肥技術(shù)堆肥技術(shù)綜合堆肥技術(shù)應(yīng)用實例綜合堆肥技術(shù)應(yīng)用實例2.高溫快速堆肥技術(shù)與蚯蚓堆肥技術(shù)結(jié)合高溫快速堆肥技術(shù)與蚯蚓堆肥技術(shù)結(jié)合 優(yōu)點：高溫快速堆肥

17、技術(shù)與蚯蚓堆肥技術(shù)相結(jié)合可有效地解決高溫快優(yōu)點：高溫快速堆肥技術(shù)與蚯蚓堆肥技術(shù)相結(jié)合可有效地解決高溫快速堆肥過程中因處理時間短，腐熟度達不到，產(chǎn)品需進一步處理等問題速堆肥過程中因處理時間短，腐熟度達不到，產(chǎn)品需進一步處理等問題。3.普通堆肥與蚯蚓堆肥技術(shù)結(jié)合普通堆肥與蚯蚓堆肥技術(shù)結(jié)合 優(yōu)點：普通堆肥與蚯蚓堆肥技術(shù)相結(jié)合具有優(yōu)點：普通堆肥與蚯蚓堆肥技術(shù)相結(jié)合具有縮短反應(yīng)時間縮短反應(yīng)時間、提高堆肥提高堆肥質(zhì)量質(zhì)量、對環(huán)境危害小對環(huán)境危害小、很好的控制病原菌很好的控制病原菌等優(yōu)點。等優(yōu)點。小結(jié)：小結(jié)：實踐證明，綜合堆肥技術(shù)不僅能加快堆肥的腐熟過程，更能有效實踐證明，綜合堆肥技術(shù)不僅能加快堆肥的腐熟過

18、程，更能有效解決堆肥處理過程中的處理率和堆肥應(yīng)用間的矛盾，從而實現(xiàn)廢物的解決堆肥處理過程中的處理率和堆肥應(yīng)用間的矛盾，從而實現(xiàn)廢物的減減量化、無害化及資源化量化、無害化及資源化，是處理農(nóng)業(yè)固體廢棄物切實可行的途徑。，是處理農(nóng)業(yè)固體廢棄物切實可行的途徑。224.2 4.2 沼氣干發(fā)酵技術(shù)沼氣干發(fā)酵技術(shù)概念：概念： 沼氣干發(fā)酵又稱固體厭氧發(fā)酵，是以畜禽糞便、秸稈等有機固體廢棄沼氣干發(fā)酵又稱固體厭氧發(fā)酵，是以畜禽糞便、秸稈等有機固體廢棄物為原料，在物為原料，在干物質(zhì)濃度為干物質(zhì)濃度為20%以上的條件下以上的條件下，利用厭氧菌將廢棄物分，利用厭氧菌將廢棄物分解為解為CH4、CO2等氣體的發(fā)酵技術(shù)，它是

19、處理有機廢棄物資源化的有效途等氣體的發(fā)酵技術(shù)，它是處理有機廢棄物資源化的有效途徑。徑。圖圖2 沼氣發(fā)酵基本流程沼氣發(fā)酵基本流程234.2 4.2 沼氣干發(fā)酵技術(shù)沼氣干發(fā)酵技術(shù)沼氣干發(fā)酵影響因素沼氣干發(fā)酵影響因素1.C/N比比 在干發(fā)酵過程中，在干發(fā)酵過程中，CH4不斷生成，導(dǎo)致原料的不斷生成，導(dǎo)致原料的C/N比不斷下降，因此比不斷下降，因此進料時的進料時的C/N比可適當(dāng)調(diào)高些，研究表明，比可適當(dāng)調(diào)高些，研究表明，C/N比在比在20:130:1最適于最適于沼沼氣干發(fā)酵。氣干發(fā)酵。2.預(yù)處理預(yù)處理 農(nóng)業(yè)固體廢棄物化學(xué)組成含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，這些成分農(nóng)業(yè)固體廢棄物化學(xué)組成含有纖維素、半纖維

20、素、木質(zhì)素，這些成分在自然條件下很難分解，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，可有效提高產(chǎn)氣率以及原在自然條件下很難分解，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，可有效提高產(chǎn)氣率以及原料的利用率，常見的預(yù)處理方法有料的利用率，常見的預(yù)處理方法有破碎、熱處理、酸堿處理破碎、熱處理、酸堿處理等。等。4.2 4.2 沼氣干發(fā)酵技術(shù)沼氣干發(fā)酵技術(shù)沼氣干發(fā)酵影響因素沼氣干發(fā)酵影響因素3.發(fā)酵原料干物質(zhì)濃度發(fā)酵原料干物質(zhì)濃度 對于不同的發(fā)酵原料干物質(zhì)濃度會有所不同，一般根據(jù)溫度、對于不同的發(fā)酵原料干物質(zhì)濃度會有所不同，一般根據(jù)溫度、pH值等值等發(fā)酵條件通過試驗確定干物質(zhì)濃度。發(fā)酵條件通過試驗確定干物質(zhì)濃度。冷成保冷成保等研究暗河式生活垃圾干發(fā)等

21、研究暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理指出較理想的干物質(zhì)濃度是酵處理指出較理想的干物質(zhì)濃度是25%30%；石利軍石利軍等以牛糞秸稈為等以牛糞秸稈為原料，在原料，在C/N 比比=2530，T=36條件下研究干物質(zhì)濃度對厭氧發(fā)酵產(chǎn)條件下研究干物質(zhì)濃度對厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣影響，結(jié)果表明沼氣影響，結(jié)果表明10%的干物質(zhì)濃度產(chǎn)沼氣效果最好。的干物質(zhì)濃度產(chǎn)沼氣效果最好。4.溫度溫度 厭氧干發(fā)酵溫度一般在厭氧干發(fā)酵溫度一般在中溫（中溫（3045）條件下產(chǎn)氣較好。條件下產(chǎn)氣較好。5.pH值值 pH對生物體內(nèi)各種酶的活性有一定影響，在對生物體內(nèi)各種酶的活性有一定影響，在中性條件中性條件下更適合菌的生下更適合菌的生長，促進沼氣

22、的產(chǎn)生。長，促進沼氣的產(chǎn)生。254.2 4.2 沼氣干發(fā)酵技術(shù)沼氣干發(fā)酵技術(shù)沼氣干發(fā)酵影響因素沼氣干發(fā)酵影響因素6.6.攪拌攪拌 通過攪拌可實現(xiàn)微生物和底物的有效接觸，促進傳質(zhì)、傳熱效率，通過攪拌可實現(xiàn)微生物和底物的有效接觸，促進傳質(zhì)、傳熱效率，從而提高沼氣消化效率。國外許多國家在沼氣發(fā)酵過程中設(shè)置混合攪拌從而提高沼氣消化效率。國外許多國家在沼氣發(fā)酵過程中設(shè)置混合攪拌裝置，攪拌方式有裝置，攪拌方式有氣體攪拌氣體攪拌、水利攪拌水利攪拌、機械攪拌機械攪拌，攪拌模式分為，攪拌模式分為連續(xù)連續(xù)攪拌攪拌和和間歇式攪拌間歇式攪拌。264.2 4.2 沼氣干發(fā)酵技術(shù)沼氣干發(fā)酵技術(shù)沼氣干發(fā)酵裝置沼氣干發(fā)酵裝置

23、1.國外沼氣干發(fā)酵裝置國外沼氣干發(fā)酵裝置 德國于德國于20世紀(jì)世紀(jì)90年代年代就進行間歇式沼氣干發(fā)酵技術(shù)裝備研發(fā)。目前歐就進行間歇式沼氣干發(fā)酵技術(shù)裝備研發(fā)。目前歐洲主要采用洲主要采用4中沼氣干發(fā)酵工藝，即中沼氣干發(fā)酵工藝，即Dmnco豎式推流發(fā)酵豎式推流發(fā)酵、Valorga豎式豎式氣攪拌氣攪拌、Kompogas臥式推流發(fā)酵臥式推流發(fā)酵和和Lingle-KCA臥式推流發(fā)酵臥式推流發(fā)酵，這，這4種種工藝已工藝已實現(xiàn)商業(yè)化運作實現(xiàn)商業(yè)化運作。2.國內(nèi)沼氣干發(fā)酵裝置國內(nèi)沼氣干發(fā)酵裝置 我國起步較晚，在我國起步較晚，在21世紀(jì)初世紀(jì)初才開始干厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的研究。韓捷等才開始干厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的研究。韓捷

24、等研制出新型沼氣干發(fā)酵反應(yīng)器研制出新型沼氣干發(fā)酵反應(yīng)器-覆膜槽生物反應(yīng)器覆膜槽生物反應(yīng)器（Membrane Covered Trough bioreactor,簡稱簡稱MCT），并開發(fā)出規(guī)?；恼託飧砂l(fā)酵技術(shù)和），并開發(fā)出規(guī)?；恼託飧砂l(fā)酵技術(shù)和成套裝置。該項技術(shù)在工程上解決了沼氣干發(fā)酵進料難得問題，便于管成套裝置。該項技術(shù)在工程上解決了沼氣干發(fā)酵進料難得問題，便于管理、節(jié)約用地，提高了實用性和經(jīng)濟性。理、節(jié)約用地，提高了實用性和經(jīng)濟性。274.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)燃料乙醇燃料乙醇 乙醇乙醇俗稱酒精，它以糧食及各種植物纖維為原料，經(jīng)發(fā)酵、

25、蒸餾制成。將乙俗稱酒精，它以糧食及各種植物纖維為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾制成。將乙醇醇進一步脫水再與適量汽油混合進一步脫水再與適量汽油混合后即可形成后即可形成“燃料乙醇燃料乙醇，又稱乙醇汽油。如圖，又稱乙醇汽油。如圖3所示乙醇是太陽能的一種表現(xiàn)形式。在整個自然界大系統(tǒng)中，乙醇的生產(chǎn)和消費所示乙醇是太陽能的一種表現(xiàn)形式。在整個自然界大系統(tǒng)中，乙醇的生產(chǎn)和消費過程可形成無污染的閉路循環(huán)，過程可形成無污染的閉路循環(huán)，永恒再生，永不枯竭永恒再生，永不枯竭。圖圖3 纖維素乙醇在自然界中的循環(huán)纖維素乙醇在自然界中的循環(huán)284.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)纖維素類農(nóng)

26、業(yè)廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇的意義纖維素類農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇的意義 我國推行乙醇汽油清潔燃料，對我國的能源安全、農(nóng)業(yè)建設(shè)和環(huán)境保護我國推行乙醇汽油清潔燃料，對我國的能源安全、農(nóng)業(yè)建設(shè)和環(huán)境保護等方面將起到積極的推動作用。等方面將起到積極的推動作用。（1）減少對進口石油的依賴，提高能源安全；）減少對進口石油的依賴，提高能源安全；（2）建設(shè)農(nóng)村經(jīng)濟，帶動農(nóng)民增收；）建設(shè)農(nóng)村經(jīng)濟，帶動農(nóng)民增收；（3）降低溫室氣體排放，改善大氣環(huán)境。）降低溫室氣體排放，改善大氣環(huán)境。一定的糧食危機一定的糧食危機2005年起，在年起，在“向玉米要能源向玉米要能源的推動的推動下，我國東北一些地方上燃料乙醇項目熱情高下，我國東

27、北一些地方上燃料乙醇項目熱情高漲。漲。2006年底全國以生物燃料乙醇名目提出的年底全國以生物燃料乙醇名目提出的建設(shè)意向生產(chǎn)能力已超過千萬噸，其中很多是建設(shè)意向生產(chǎn)能力已超過千萬噸，其中很多是以糧食為原料。以糧食為原料。以糧食生產(chǎn)生物燃料，糧食不再僅僅是食物。以糧食生產(chǎn)生物燃料，糧食不再僅僅是食物。使糧食買賣投機興盛，導(dǎo)致了糧食市場扭曲，使糧食買賣投機興盛，導(dǎo)致了糧食市場扭曲，并使糧價不斷攀升。并使糧價不斷攀升。 中國政府果斷叫中國政府果斷叫停糧食乙醇化項目。停糧食乙醇化項目。實行生物燃料乙實行生物燃料乙醇項目核準(zhǔn)制。醇項目核準(zhǔn)制。國家的燃料乙醇國家的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中，更明產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中，更明確了

28、確了“非糧化非糧化的的思路。思路。目前看來，承擔(dān)改變中國目前看來，承擔(dān)改變中國能源結(jié)構(gòu)重任的，是以秸能源結(jié)構(gòu)重任的，是以秸稈為代表的植物纖維。稈為代表的植物纖維。4.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)秸稈乙醇化工藝流程秸稈乙醇化工藝流程 以秸稈為原料生產(chǎn)乙醇技術(shù)主要包括秸稈原料的以秸稈為原料生產(chǎn)乙醇技術(shù)主要包括秸稈原料的預(yù)處理預(yù)處理、酶水解酶水解和和乙乙醇發(fā)酵醇發(fā)酵3個過程個過程(如圖如圖4所示所示)。目前。目前,在秸稈乙醇化過程中，預(yù)處理費用過在秸稈乙醇化過程中，預(yù)處理費用過于昂貴、纖維素酶成本高、缺乏產(chǎn)乙醇的高轉(zhuǎn)化率微生物菌種等是其主于昂貴、纖維素

29、酶成本高、缺乏產(chǎn)乙醇的高轉(zhuǎn)化率微生物菌種等是其主要技術(shù)障礙。其中，僅預(yù)處理部分的花費就要約占總成本的要技術(shù)障礙。其中，僅預(yù)處理部分的花費就要約占總成本的1/3。圖圖4 秸稈原料生產(chǎn)乙醇流程示意圖秸稈原料生產(chǎn)乙醇流程示意圖304.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)秸稈的預(yù)處理技術(shù)秸稈的預(yù)處理技術(shù)1.秸稈預(yù)處理的必要性秸稈預(yù)處理的必要性秸秸稈稈纖維素；纖維素；半纖維素；半纖維素；木質(zhì)素。木質(zhì)素。木質(zhì)纖維素木質(zhì)纖維素化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定的高分子化合物；的高分子化合物；不溶于水，也不不溶于水，也不溶于一般的有機溶溶于一般的有機溶劑；劑；交織在一起形成交

30、織在一起形成細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，相互細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，相互制約。制約。不經(jīng)預(yù)處理不經(jīng)預(yù)處理纖維素酶水解纖維素酶水解 糖得率很糖得率很低，一般在低，一般在理論得率的理論得率的20以下。以下。預(yù)處理預(yù)處理 則能大幅度地提高則能大幅度地提高秸稈作為乙醇化原料的秸稈作為乙醇化原料的可利用性，并降低酶解可利用性，并降低酶解成本。成本。結(jié)論結(jié)論 進行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理進行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理對于實現(xiàn)秸稈的高值利對于實現(xiàn)秸稈的高值利用是必要的。用是必要的。314.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)秸稈的預(yù)處理技術(shù)秸稈的預(yù)處理技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法 目前，對秸稈進行預(yù)處理的研究

31、十分眾多。從分類上講，預(yù)處理方法目前，對秸稈進行預(yù)處理的研究十分眾多。從分類上講，預(yù)處理方法主要包括物理法、化學(xué)法和生物法，或者是其中多者的組臺。主要包括物理法、化學(xué)法和生物法，或者是其中多者的組臺。(1)物理預(yù)處理方法物理預(yù)處理方法 比較常用的物理處理方法是比較常用的物理處理方法是機械粉碎機械粉碎，通過破碎、碾磨等方式將秸稈，通過破碎、碾磨等方式將秸稈粉碎為粉碎為1030mm的切片或的切片或0.22mm的顆粒，隨著粉碎程度加深，表面的顆粒，隨著粉碎程度加深，表面積也逐漸增大，酶解速度加大。積也逐漸增大，酶解速度加大。高溫分解高溫分解也可以作為木質(zhì)纖維原料預(yù)處也可以作為木質(zhì)纖維原料預(yù)處理的方法

32、。當(dāng)秸稈在理的方法。當(dāng)秸稈在300以上的高溫下處理時，纖維素會快速分解成為以上的高溫下處理時，纖維素會快速分解成為氣體和殘留固體。氣體和殘留固體。 此外，高能射線如此外，高能射線如電子射線電子射線、射線射線等也可對纖維素原料進行預(yù)處理等也可對纖維素原料進行預(yù)處理，電離輻射電離輻射可以使纖維素聚合度下降。可以使纖維素聚合度下降。324.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法(2)物理化學(xué)預(yù)處理方法物理化學(xué)預(yù)處理方法蒸汽爆破蒸汽爆破 蒸汽爆破是一個很有發(fā)展前景的預(yù)處理方法，該方法中無需使用任何蒸汽爆破是一個很有發(fā)展前景的預(yù)處

33、理方法，該方法中無需使用任何催化劑。催化劑。a.原理原理: 在該方法中，生物質(zhì)用在該方法中，生物質(zhì)用高壓蒸汽加熱幾分鐘高壓蒸汽加熱幾分鐘，然后用，然后用迅速減壓至常壓迅速減壓至常壓的方式停止反應(yīng)。蒸汽在木質(zhì)纖維素內(nèi)部擴散，使纖維素發(fā)生斷裂，內(nèi)的方式停止反應(yīng)。蒸汽在木質(zhì)纖維素內(nèi)部擴散，使纖維素發(fā)生斷裂，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使纖維素、半纖維素、更易與酶反應(yīng)。在蒸汽爆破后部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使纖維素、半纖維素、更易與酶反應(yīng)。在蒸汽爆破后木質(zhì)纖維素發(fā)生高溫自水解，水解產(chǎn)物包括乙酰丙酸、木糖醇和乙醇等木質(zhì)纖維素發(fā)生高溫自水解，水解產(chǎn)物包括乙酰丙酸、木糖醇和乙醇等。有研究表明，蒸汽爆破可獲得較高木糖回收率（。有

34、研究表明，蒸汽爆破可獲得較高木糖回收率（45.0%65.0%）。）。b.缺陷：缺陷： 木質(zhì)素分離不夠完全，設(shè)備成本較高。木質(zhì)素分離不夠完全，設(shè)備成本較高。334.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法(2)物理化學(xué)預(yù)處理方法物理化學(xué)預(yù)處理方法高溫液態(tài)水預(yù)處理高溫液態(tài)水預(yù)處理a.方法原理方法原理 高溫液態(tài)水預(yù)處理是一種高溫液態(tài)水預(yù)處理是一種水熱預(yù)處理水熱預(yù)處理方法，其主要的作用是水解半纖方法，其主要的作用是水解半纖維素產(chǎn)生低聚糖乃至單糖。該方法采用維素產(chǎn)生低聚糖乃至單糖。該方法采用200300在在525MPa壓力下壓力下處

35、理處理015min，有研究表明木質(zhì)纖維素中的半纖維素通過高溫液態(tài)水預(yù)，有研究表明木質(zhì)纖維素中的半纖維素通過高溫液態(tài)水預(yù)處理可完全水解。處理可完全水解。b.優(yōu)缺點優(yōu)缺點 該法有較高的木糖回收率（該法有較高的木糖回收率（88.0%98.0%），且不需化學(xué)試劑，較為），且不需化學(xué)試劑，較為經(jīng)濟。缺點是會產(chǎn)生少量抑制微生物生長的副產(chǎn)物，如糠醛、羧酸，對經(jīng)濟。缺點是會產(chǎn)生少量抑制微生物生長的副產(chǎn)物，如糠醛、羧酸，對乙醇發(fā)酵產(chǎn)生影響。乙醇發(fā)酵產(chǎn)生影響。344.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法(2)物理化學(xué)預(yù)處理方法物理化學(xué)預(yù)處

36、理方法氨纖維爆破（氨纖維爆破（AFEX）a.方法原理方法原理 AFEX是一種堿性熱預(yù)處理方法，將生物質(zhì)用濃氨進行加熱（通常使用是一種堿性熱預(yù)處理方法，將生物質(zhì)用濃氨進行加熱（通常使用中等溫度中等溫度60100）,然后快速釋壓終止處理，該方法可使纖維素結(jié)晶然后快速釋壓終止處理，該方法可使纖維素結(jié)晶分解，半纖維素解聚以及木質(zhì)素降解，使酶對木質(zhì)纖維素水解率大大提分解，半纖維素解聚以及木質(zhì)素降解，使酶對木質(zhì)纖維素水解率大大提高。高。b.優(yōu)缺點優(yōu)缺點 該法氨的回收率可達該法氨的回收率可達99.0%，剩余的氨在下游發(fā)酵中可作為微生物生剩余的氨在下游發(fā)酵中可作為微生物生長所需氮源。長所需氮源。木質(zhì)纖維素經(jīng)木

37、質(zhì)纖維素經(jīng)AFEX處理后，酶解所需酶量較其他預(yù)處理方處理后，酶解所需酶量較其他預(yù)處理方法低。弊端在于木質(zhì)素含量較高的生物質(zhì)的處理率較低，對半纖維素增法低。弊端在于木質(zhì)素含量較高的生物質(zhì)的處理率較低，對半纖維素增溶作用小。溶作用小。354.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法(2)物理化學(xué)預(yù)處理方法物理化學(xué)預(yù)處理方法CO2膨爆預(yù)處理膨爆預(yù)處理 CO2膨爆預(yù)處理技術(shù)膨爆預(yù)處理技術(shù)與與蒸汽爆破及氨纖維爆破技術(shù)蒸汽爆破及氨纖維爆破技術(shù)相似。然而，相似。然而，CO2爆破較氨爆破爆破較氨爆破更具成本效益更具成本效益，并，并不會產(chǎn)生

38、不會產(chǎn)生蒸汽爆破形成的蒸汽爆破形成的抑制劑抑制劑，產(chǎn)物，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率也高于轉(zhuǎn)化率也高于蒸汽爆破法。但由于蒸汽爆破法。但由于CO2的添加使得該技術(shù)對的添加使得該技術(shù)對反應(yīng)器的耐反應(yīng)器的耐壓性壓性提出了較高的要求。提出了較高的要求。364.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法(3)化學(xué)預(yù)處理方法化學(xué)預(yù)處理方法酸預(yù)處理酸預(yù)處理a.方法原理方法原理 酸預(yù)處理一般分為濃酸和稀酸處理。濃酸由于其高腐蝕性、回收難度酸預(yù)處理一般分為濃酸和稀酸處理。濃酸由于其高腐蝕性、回收難度大等因素限制了其應(yīng)用。稀酸處理工藝已較成熟，在大等因素限制了其

39、應(yīng)用。稀酸處理工藝已較成熟，在130210條件下條件下稀酸（稀酸（0.50%1.00%）能夠有效地使半纖維素分解為可溶性糖，從而大）能夠有效地使半纖維素分解為可溶性糖，從而大大提高纖維素水解生成葡萄糖的產(chǎn)率。大提高纖維素水解生成葡萄糖的產(chǎn)率。Saha等研究表明等研究表明，用，用0.75%硫酸硫酸在在121處理小麥秸稈處理小麥秸稈1h，可獲得，可獲得74%的糖轉(zhuǎn)化率。的糖轉(zhuǎn)化率。b.缺點缺點 對反應(yīng)器耐腐蝕性要求較高、反應(yīng)過程中會產(chǎn)生抑制微生物生長的副對反應(yīng)器耐腐蝕性要求較高、反應(yīng)過程中會產(chǎn)生抑制微生物生長的副產(chǎn)物（糠醛等）對后續(xù)發(fā)酵產(chǎn)生影響。產(chǎn)物（糠醛等）對后續(xù)發(fā)酵產(chǎn)生影響。374.3 4.3

40、 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法(3)化學(xué)預(yù)處理方法化學(xué)預(yù)處理方法堿處理法堿處理法a.方法原理方法原理 堿處理法可使用鈉、鉀、鈣、氨的氫氧化物。常用的有氫氧化鈉、氫堿處理法可使用鈉、鉀、鈣、氨的氫氧化物。常用的有氫氧化鈉、氫氧化鈣和氨水。堿處理消化木質(zhì)纖維素中的木質(zhì)素，并使部分半纖維素氧化鈣和氨水。堿處理消化木質(zhì)纖維素中的木質(zhì)素，并使部分半纖維素溶解，纖維素結(jié)晶度由于膨脹而下降。溶解，纖維素結(jié)晶度由于膨脹而下降。Sun等等通過研究小麥秸稈脫木素通過研究小麥秸稈脫木素和半纖維素的溶出度來分析不同堿溶液預(yù)處理的效果。他們發(fā)現(xiàn)。最

41、佳和半纖維素的溶出度來分析不同堿溶液預(yù)處理的效果。他們發(fā)現(xiàn)。最佳的工藝條件為在的工藝條件為在20下采用下采用1.50%氫氧化鈉處理氫氧化鈉處理144h分別脫除分別脫除60%的木的木質(zhì)素和溶出質(zhì)素和溶出80%的半纖維素。的半纖維素。b.優(yōu)缺點優(yōu)缺點 與其他預(yù)處理方法相比堿處理法所需溫度壓力條件較低，缺陷在于與與其他預(yù)處理方法相比堿處理法所需溫度壓力條件較低，缺陷在于與其他化學(xué)方法一樣存在環(huán)境污染問題。其他化學(xué)方法一樣存在環(huán)境污染問題。384.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法(3)化學(xué)預(yù)處理方法化學(xué)預(yù)處理方法濕式氧化預(yù)

42、處理濕式氧化預(yù)處理a.方法原理方法原理 濕式氧化是用濕式氧化是用120以上的水和空氣（或氧氣）處理木質(zhì)纖維素的過程以上的水和空氣（或氧氣）處理木質(zhì)纖維素的過程，該技術(shù)使木質(zhì)素、半纖維素以從固相轉(zhuǎn)移到液相，而纖維素極少發(fā)生，該技術(shù)使木質(zhì)素、半纖維素以從固相轉(zhuǎn)移到液相，而纖維素極少發(fā)生水解，該方法有效地去除了木質(zhì)素、半纖維素對纖維素的束縛，從而提水解，該方法有效地去除了木質(zhì)素、半纖維素對纖維素的束縛，從而提高纖維素酶的可及性。高纖維素酶的可及性。b.研究報道研究報道 Carlos等采用濕式氧化法處理蔗渣，在等采用濕式氧化法處理蔗渣，在195條件下保溫條件下保溫15min，木質(zhì)，木質(zhì)素水解率為素水解

43、率為50%，半纖維素水解率達到，半纖維素水解率達到93%，而纖維素酶的水解效率為，而纖維素酶的水解效率為75%左右。左右。394.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法(3)化學(xué)預(yù)處理方法化學(xué)預(yù)處理方法有機溶劑的預(yù)處理有機溶劑的預(yù)處理a.方法原理方法原理 有機溶劑預(yù)處理的主要作用是破壞木質(zhì)素和半纖維素之間的化學(xué)鍵，有機溶劑預(yù)處理的主要作用是破壞木質(zhì)素和半纖維素之間的化學(xué)鍵，通常使用的有機溶劑有甲醇、乙醇、醋酸、過甲酸、過氧乙酸、丙酮等通常使用的有機溶劑有甲醇、乙醇、醋酸、過甲酸、過氧乙酸、丙酮等。b.優(yōu)缺點優(yōu)缺點 該法具

44、有污染相對較小、有機溶劑較易回收等特點，其弊端在于殘留該法具有污染相對較小、有機溶劑較易回收等特點，其弊端在于殘留有機溶劑會對下游發(fā)酵微生物造成危害。有機溶劑會對下游發(fā)酵微生物造成危害。404.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)2.秸稈預(yù)處理的方法秸稈預(yù)處理的方法(4)生物預(yù)處理生物預(yù)處理a.方法原理方法原理 生物預(yù)處理主要是依靠生物預(yù)處理主要是依靠褐腐菌、白腐菌、軟腐菌褐腐菌、白腐菌、軟腐菌等可利用木質(zhì)素和半等可利用木質(zhì)素和半纖維素的真菌破壞木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)，從而纖維素更易與酶發(fā)生作用。纖維素的真菌破壞木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)，從而纖維素更易與酶發(fā)生作用。b

45、.優(yōu)缺點優(yōu)缺點 該方法的優(yōu)點是無需大量設(shè)備支持和任何化學(xué)品、安全、節(jié)能。其缺該方法的優(yōu)點是無需大量設(shè)備支持和任何化學(xué)品、安全、節(jié)能。其缺點在于水解率較低，生物脫木質(zhì)素通常所需時間較長。點在于水解率較低，生物脫木質(zhì)素通常所需時間較長。c.研究報道研究報道 目前已有微生物作用于蔗渣中木質(zhì)纖維素的相關(guān)研究，結(jié)果表明原料目前已有微生物作用于蔗渣中木質(zhì)纖維素的相關(guān)研究，結(jié)果表明原料中的纖維素及木質(zhì)素含量大幅減少。中的纖維素及木質(zhì)素含量大幅減少。414.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù) 水解主要是為了破壞纖維素、半纖維素的氫鍵，使

46、之轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖。水解主要是為了破壞纖維素、半纖維素的氫鍵，使之轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖。常用的水解工藝主要包括常用的水解工藝主要包括稀酸水解稀酸水解、濃酸水解濃酸水解和和酶水解酶水解。稀酸水解容易產(chǎn)生大量。稀酸水解容易產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，而濃酸水解必須考慮回收濃硫酸，增加了工藝的復(fù)雜程度。副產(chǎn)物，而濃酸水解必須考慮回收濃硫酸，增加了工藝的復(fù)雜程度。酶水解酶水解所需所需能量較低、環(huán)境條件溫和，因此是比較適合商業(yè)化的水解工藝，也是目前的能量較低、環(huán)境條件溫和，因此是比較適合商業(yè)化的水解工藝，也是目前的研究研究重點重點。1.秸稈酶水解糖化工藝秸稈酶水解糖化工藝 為了更加高效的利用纖維素酶，改善水解條件，

47、簡化水解程序、設(shè)備，眾多為了更加高效的利用纖維素酶，改善水解條件，簡化水解程序、設(shè)備，眾多學(xué)者發(fā)展出多種水解工藝。學(xué)者發(fā)展出多種水解工藝。（1）水解發(fā)酵二段法工藝）水解發(fā)酵二段法工藝 此法是將水解與發(fā)酵分為兩步進行。此法是將水解與發(fā)酵分為兩步進行。第一步第一步利用纖維素酶將秸稈水解為葡萄利用纖維素酶將秸稈水解為葡萄糖，糖，第二步第二步將這些糖發(fā)酵為酒精。該工藝兼顧了酶解和發(fā)酵各自的最適宜條件。將這些糖發(fā)酵為酒精。該工藝兼顧了酶解和發(fā)酵各自的最適宜條件。但酶解后產(chǎn)生的葡萄糖對反應(yīng)有抑制作用，使得酶解糖得率很難提高。但酶解后產(chǎn)生的葡萄糖對反應(yīng)有抑制作用，使得酶解糖得率很難提高。424.3 4.3

48、農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù)1.秸稈酶水解糖化工藝秸稈酶水解糖化工藝（2）同步糖化發(fā)酵工藝）同步糖化發(fā)酵工藝 這種方法是將這種方法是將水解和發(fā)酵合二為一水解和發(fā)酵合二為一，在同一反應(yīng)器中進行。酶解產(chǎn)生的葡萄，在同一反應(yīng)器中進行。酶解產(chǎn)生的葡萄糖很快被發(fā)酵生成酒精，消除了水解產(chǎn)物對水解反應(yīng)的抑制作用，提高了酶解速糖很快被發(fā)酵生成酒精，消除了水解產(chǎn)物對水解反應(yīng)的抑制作用，提高了酶解速率和產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率，而且簡化了設(shè)備。主要率和產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率，而且簡化了設(shè)備。主要面臨的問題面臨的問題是酶水解與酵母菌發(fā)酵的最是酶水解與酵母菌發(fā)酵的最適適溫度不

49、一致溫度不一致(酶解酶解4550，發(fā)酵，發(fā)酵3035）實際生產(chǎn)中一般采用折中的）實際生產(chǎn)中一般采用折中的37，因此酶的活性和發(fā)酵的效率都不能達到最大。，因此酶的活性和發(fā)酵的效率都不能達到最大。（3）固定化細(xì)胞技術(shù)）固定化細(xì)胞技術(shù) 該法利用該法利用海藻酸鈣、卡拉膠、多孔玻璃等海藻酸鈣、卡拉膠、多孔玻璃等作為載體將酶固定化，酶穩(wěn)定性較作為載體將酶固定化，酶穩(wěn)定性較好，可重復(fù)使用和回收，便于連續(xù)操作，使最終發(fā)酵液酒精濃度得以提高。目前好，可重復(fù)使用和回收，便于連續(xù)操作，使最終發(fā)酵液酒精濃度得以提高。目前固定化細(xì)胞研究的新動向是固定化細(xì)胞研究的新動向是混合固定細(xì)胞發(fā)酵混合固定細(xì)胞發(fā)酵，如酵母與纖維二糖

50、酶一起固定化，如酵母與纖維二糖酶一起固定化，將纖維二糖基質(zhì)轉(zhuǎn)化成酒精，此法被看作是玉米秸稈生產(chǎn)酒精的重要方法。，將纖維二糖基質(zhì)轉(zhuǎn)化成酒精，此法被看作是玉米秸稈生產(chǎn)酒精的重要方法。434.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù)1.秸稈酶水解糖化工藝秸稈酶水解糖化工藝（4）非等溫同步發(fā)酵法）非等溫同步發(fā)酵法 工藝流程包含一個工藝流程包含一個水解塔水解塔和一個和一個發(fā)酵罐發(fā)酵罐。糖化和發(fā)酵在兩個反應(yīng)器中。糖化和發(fā)酵在兩個反應(yīng)器中進行，糖化液通過泵隨時輸入到發(fā)酵反應(yīng)器中。消除了產(chǎn)物對反應(yīng)的抑進行，糖化液通過泵隨時輸入到發(fā)酵反應(yīng)器中。

51、消除了產(chǎn)物對反應(yīng)的抑制作用，而且協(xié)調(diào)了水解與發(fā)酵的工藝條件，實際上是水解發(fā)酵二段法制作用，而且協(xié)調(diào)了水解與發(fā)酵的工藝條件，實際上是水解發(fā)酵二段法工藝的改進型。工藝的改進型。(5)同步產(chǎn)酶與酶解工藝同步產(chǎn)酶與酶解工藝 這種工藝就是將纖維素酶的生產(chǎn)與纖維素的酶解過程混合在同一個反這種工藝就是將纖維素酶的生產(chǎn)與纖維素的酶解過程混合在同一個反應(yīng)器中進行。這種工藝減少了反應(yīng)容器，降低了設(shè)備費用。但對滅菌要應(yīng)器中進行。這種工藝減少了反應(yīng)容器，降低了設(shè)備費用。但對滅菌要求嚴(yán)格，并有數(shù)種副產(chǎn)物產(chǎn)生，目前這項研究還處于求嚴(yán)格，并有數(shù)種副產(chǎn)物產(chǎn)生，目前這項研究還處于實驗室水平實驗室水平。444.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢

52、棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù)2.秸稈酶水解的影響因素秸稈酶水解的影響因素 在纖維素的酶水解過程中，必須控制好各種環(huán)境條件，以充分發(fā)揮纖在纖維素的酶水解過程中，必須控制好各種環(huán)境條件，以充分發(fā)揮纖維素酶的催化功能。影響木質(zhì)纖維原料酶水解的因素主要包括：維素酶的催化功能。影響木質(zhì)纖維原料酶水解的因素主要包括：底物底物、纖維素酶纖維素酶和和酶解操作條件酶解操作條件。(1)底物濃度與結(jié)構(gòu)底物濃度與結(jié)構(gòu) 底物濃度底物濃度過高過高對酶水解有對酶水解有抑制抑制作用，使可發(fā)酵糖的得率降低，但如果作用，使可發(fā)酵糖的得率降低，但如果底物濃度底物濃度過低過低，酶水解，酶水解速率慢速率慢，所得可發(fā)酵糖濃度低而無工業(yè)應(yīng)用價值，所得可發(fā)酵糖濃度低而無工業(yè)應(yīng)用價值，因此木質(zhì)纖維原料酶水解有最佳底物濃度。底物經(jīng)過不同預(yù)處理后的，因此木質(zhì)纖維原料酶水解有最佳底物濃度。底物經(jīng)過不同預(yù)處理后的秸稈結(jié)構(gòu)不同，酶解效果也不同，因此根據(jù)底物性質(zhì)選用合適的預(yù)處理秸稈結(jié)構(gòu)不同，酶解效果也不同，因此根據(jù)底物性質(zhì)選用合適的預(yù)處理方法對木質(zhì)纖維原料酶水解至關(guān)重要。方法對木質(zhì)纖維原料酶水解至關(guān)重要。454.3 4.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化制燃料乙醇技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù)秸稈的酶水解技術(shù)2.秸稈酶水解的影響因