第 3 期王殿龙等 : 两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响引言 1 材料和方法随着化石能源的消耗和能源需求的不断增加, 生物质能源已经受到世界各国的重视 [1], 其研究广泛, 工艺技术日趋成熟 [2] 生物质能源主要以农作物秸秆和畜禽粪便为原料, 在解决环境问题的基

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玚范
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1 2018 年 3 月农业机械学报第 49 卷第 3 期 doi: /j.issn 两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响 1,2 王殿龙吴 3 波艾 4 平辛 1,2 娅 3 何明雄 4 张衍林 (1. 淮阴工学院生命科学与食品工程学院, 淮安 ;2. 江苏省生物质转化与过程集成重点实验室, 淮安 ; 3. 农业部沼气科学研究所生物质能技术研究中心, 成都 ;4. 华中农业大学工学院, 武汉 ) 摘要 : 对厌氧消化产酸纤维 ( 挥发性脂肪酸生产废渣 ) 进行了酶解糖化和沼气发酵实验研究, 探索了乙酸氨水两步预处理对木质纤维素降解葡萄糖浓度木糖浓度和沼气产率的影响结果表明 : 乙酸氨水两步预处理进一步降解了厌氧消化产酸中的半纤维素和木质素, 而且纤维素回收率较高, 为 77 47% ~81 44%, 其中 4% 乙酸处理和 10% 氨水处理实验组的纤维素质量分数达到 56 82%, 半纤维素质量分数仅为 7 94%; 在上述预处理条件下, 酶解糖化效率最高, 葡萄糖质量浓度达到 47 46g/L, 葡萄糖得率为 67 73%; 同时在此乙酸氨水两步预处理条件下的沼气产率明显优于单独乙酸和单独氨水预处理, 获得的最高沼气产率为 414mL/g, 有效提高了厌氧消化产酸纤维的产气效率关键词 : 厌氧消化产酸纤维 ; 酶解 ; 沼气发酵 ; 两步预处理中图分类号 :X705;S216 4 文献标识码 :A 文章编号 : (2018) EfectofTwo steppretreatmentonenzymatichydrolysisandbiogas FermentationofAnaerobicalyDigestedFiberfrom VFAsProduction WANGDianlong 1,2 WUBo 3 AIPing 4 XINYa 1,2 HEMingxiong 3 ZHANGYanlin 4 (1.SchoolofLifeScienceandFoodEngineering,HuaiyinInstituteofTechnology,Huaian223003,China 2.JiangsuProvincialEngineeringLaboratoryforBiomasConversionandProcesIntegration,Huaian223003,China 3.BiomasEnergyTechnologyResearchCenter,BiogasInstituteofMinistryofAgriculture,Chengdu610041,China 4.ColegeofEngineering,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China) Abstract:Theenzymatichydrolysisandbiogasfermentationofanaerobicalydigestedfiberfrom volatile fatyacids(vfas)productionwithricestrawwerestudied.theefectsoftwo steppretreatmentofacetic acid and aqueous ammonia on the degradation of lignocelulose, glucose concentration, xylose concentrationandbiogasproductionwereexplored.theresultsshowedthattwo steppretreatmentof aceticacid and aqueousammoniacan furtherdegradethehemiceluloseand lignin in anaerobicaly digestedfiberfrom VFAsproduction,andtherecoveryrateofcelulosewashigher,whichwas77 47% ~ 81 44%. Among them, the mas fraction ofcelulose was56 82% and the mas fraction of hemicelulosewasonly7 94% forpretreatmentof4% aceticacidand10% aqueousammoniaat121. Undertheabovepretreatmentconditions,theenzymaticsaccharificationeficiencywasthehighest,the masconcentrationofglucosewas47 46g/L,andtheglucoseyieldwas67 73%.Furthermore,the biogasproductionrateofanaerobicalydigestedfiberfromvolatilefatyacidsproductionpretreatedbytwo step pretreatmentwas beterthan those ofacetic acid pretreatmentalone and aqueous ammonia pretreatmentalone.thehighestbiogasyield(414ml/g)wasobtained.two steppretreatmentefectively improvedthebiogasyieldofanaerobicalydigestedfiberfrom VFAsproduction.Therefore,theresearch provedanewbiorefinerywayofanaerobicalydigestedfiber. Key words: anaerobicaly digested fiber from VFAs production; enzymatic hydrolysis; biogas fermentation;two steppretreatment 收稿日期 : 修回日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( ) 中国农业科学院基本科研业务费前沿探索项目 (Y2017JC39) 四川省科技支撑计划项目 (17ZDYF1305) 和农业部沼气科学研究所基本科研业务费项目 ( ) 作者简介 : 王殿龙 (1988 ), 男, 讲师, 主要从事生物质转化与利用技术研究,E mail:wangdianlong@caas.cn 通信作者 : 艾平 (1976 ), 女, 副教授, 主要从事农业生物环境能源与农业系统工程研究,E mail:aiping@mail.hzau.edu.cn

2 第 3 期王殿龙等 : 两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响引言 1 材料和方法随着化石能源的消耗和能源需求的不断增加, 生物质能源已经受到世界各国的重视 [1], 其研究广泛, 工艺技术日趋成熟 [2] 生物质能源主要以农作物秸秆和畜禽粪便为原料, 在解决环境问题的基础上, 生产沼气和纤维乙醇等 [3-4] 为了提高能源品质, 目前已有研究利用厌氧发酵手段生产挥发性脂肪酸 [5], 以挥发性脂肪酸为中介制取高值化烃类能源挥发性脂肪酸生产周期短, 产量高 [6], 但存在木质纤维素利用率低的特点, 其主要降解了半纤维素, 导致大量富含纤维素的沼渣产生, 此类沼渣称为厌氧消化产酸纤维为了实现生物质有机碳的全效利用, 以厌氧消化产酸纤维为原料生产其他生物基产品显得尤为重要目前, 已有研究开展了对厌氧消化纤维生产乙醇的探索 [7] [8],MACLELLAN 等利用玉米芯和猪粪混合发酵后得到的沼渣进行糖化制取乙醇, 实现了甲烷和乙醇的联产, 增加了纤维利用率和能源产量针对厌氧消化纤维, 本课题组前期的研究中对比了酸碱预处理, 结果表明碱预处理厌氧消化纤维的乙醇产量较高, 研究也证明厌氧消化纤维可进一步糖化生产生物基产品 [9] 将厌氧消化产酸纤维用于糖化生产乙醇和进一步生产沼气, 不但提供了挥发性脂肪酸生产中大量沼渣利用的新途径, 而且也实现了生物质资源的全效利用, 拓展了秸秆能源转化产业链, 可构建挥发酸乙醇或挥发酸沼气联产的农作物秸秆能源转化模式对于木质素纤维原料的预处理措施中, 酸碱等化学方法具有处理效率高的优点, 有效提高纤维素酶解糖化效率 [10-12] 针对不同的原料, 预处理方法的选取对纤维转化效率具有重要影响与强酸相比, 有机酸预处理具有较优的木质素溶解性能高的半纤维素降解率和易于回收等特点 ; 氨水预处理可选择性地与木质素中的酯键和醚碱反应 [13], 导致木质素降解, 同样氨水处理成本低, 易回收基于此, 本文首先在实验条件下制取厌氧消化产酸纤维, 分析厌氧消化产酸纤维组分特性, 采用乙酸氨水两步预处理手段, 考察预处理过程中的木质纤维素降解特性, 研究预处理对厌氧消化产酸纤维酶解糖化效率的影响, 同时也探究预处理对厌氧消化产酸纤维产沼气潜力的影响, 分析沼气产率和总固体去除率, 并利用模型分析产气特性, 最后进行质量平衡分析, 为厌氧消化产酸纤维的糖化和产沼气利用提供参考 1 1 厌氧消化产酸纤维制备稻秸取自华中农业大学水稻田, 自然风干后粉碎备用 ; 接种污泥取自华中农业大学正常运行的以猪粪为发酵原料的户用沼气池, 调节接种污泥的 ph 值为 5 5, 分别按照 3% 和 1% 的比例加入猪粪和葡萄糖驯化 14d 根据前期产酸实验结果, 厌氧消化产挥发性脂肪酸过程中采用 1% 质量分数的氢氧化钙预处理稻秸, 按照 10mL/g 的液固比于 121 下预处理 1h, 预处理完成后, 将预处理的秸秆在 35 条件下发酵 10d, 接种率为 10%, 发酵质量分数为 10% 经测定, 挥发性脂肪酸质量浓度为 14g/L, 挥发性脂肪酸转化率达到 0 25g/g 发酵结束后收集厌氧消化产酸纤维, 在 50 下干燥备用稻秸接种污泥和厌氧消化产酸纤维的总固体挥发性固体和木质纤维素特性见表 1 表 1 实验原料的特性 Tab.1 Characteristicsofexperimentalmaterials % 数值参数驯化厌氧消化稻秸污泥产酸纤维总固体质量分数挥发性固体质量分数纤维素质量分数半纤维素质量分数木质素质量分数灰分质量分数厌氧消化产酸纤维的两步预处理厌氧消化产酸纤维先采用 4% 质量分数的乙酸在 121 下预处理 2h, 液固比为 10mL/g; 乙酸预处理完成后分别采用 5% 10% 和 15% 质量分数的氨水在 121 下预处理 1h, 预处理完成后, 固体样品经洗涤干燥后进行组分测定酶解和沼气发酵预处理设置两组对照, 分别为单独乙酸预处理和单独氨水预处理 1 3 酶解取预处理后样品 3g, 加入 47mL 乙酸乙酸钠缓冲溶液 (50mmol/L,pH 值 4 8) 使固体质量分数为 6% 纤维素复合酶 (β 葡聚糖酶活力大于等于 U, 纤维素酶活力大于等于 600U, 木聚糖酶活力大于等于 U) 来自宁夏和氏壁生物技术有限公司, 在 150r/min 和 50 下酶解 48h, 每隔 24h 取液样分析糖浓度 1 4 沼气发酵沼气潜力测试采用 150mL 发酵瓶, 加入 3g 预

农３２４业机械学报２０１８年处理后的厌氧消化产酸纤维和６０新鲜未驯化的预处理对半纤维素的降解略强而且对木质素的接种污泥通过添加蒸馏水调节总发酵质量分数为去除有一定作用但单独氨水预处理对厌氧消化８初始ｐｈ值为７０厌氧发酵温度为３５实验产酸纤维

酶和厌氧发酵菌总固体质量分数采用１０５干燥２４ｈ挥发性固群对纤维素的接触面积促进木质纤维素的利体质量分数采用５５０灰化４ｈ差重法测定木质纤用１４两步预处理进一步加强了半纤维素的降０００型全自动纤维分析仪维素成分采用ＡＮＫＯＭＡ２解使得纤维素含量增

3 农３２４业机械学报２０１８年处理后的厌氧消化产酸纤维和６０新鲜未驯化的预处理对半纤维素的降解略强而且对木质素的接种污泥通过添加蒸馏水调节总发酵质量分数为去除有一定作用但单独氨水预处理对厌氧消化８初始ｐｈ值为７０厌氧发酵温度为３５实验产酸纤维的木质素脱出效果不显著这主要是因设置污泥对照和未预处理厌氧消化产酸纤维对照为厌氧消化后纤维变得更难降解针对这种难降发酵过程中监测日产气量和气体成分解厌氧消化纤维提出了乙酸氨水两步预处理在１５检测方法结构上破坏木质素增加纤维素酶和厌氧发酵菌总固体质量分数采用１０５干燥２４ｈ挥发性固群对纤维素的接触面积促进木质纤维素的利体质量分数采用５５０灰化４ｈ差重法测定木质纤用１４两步预处理进一步加强了半纤维素的降０００型全自动纤维分析仪维素成分采用ＡＮＫＯＭＡ２解使得纤维素含量增加其中１０氨水处理组美国根据范式洗涤法测定葡萄糖和木糖浓度采纤维素质量分数达到５６８２半纤维质量分数仅用安捷伦１２２０型液相色谱仪测定Ｚｂｘ碳水化合为７９４随着氨浓度的增加纤维素和半纤维物分析柱示差折光检测器柱温和检测器温度为素含量降低木质素含量升高３５流动相为７５乙腈流速为０８ｍＬｍｎ沼气木质纤维素含量体现了预处理后厌氧消化纤气体成分采用ＧＣ９７９０ＩＩ型气相色谱仪中国浙江维的组分特性为了更深入地阐明两步预处理对测量检测器为ＴＣＤ分析柱为５Ａ分子筛不锈钢填纤维素和半纤维素的降解效果和后续纤维的利充柱和Ｈｙｐｑ填充柱柱箱温度５０进样口温用考察了木质纤维素的回收率如图２所示可度为１００检测器温度为５５载气为氩气以看出单独乙酸预处理和氨水预处理的纤维素２结果与讨论２１厌氧消化产酸纤维的预处理特性回收率较高分别为９２５６和８７９６经过乙酸和氨水两步预处理后纤维素回收率仍较高为７７４７８１４４这有利于纤维素的利用对稻秸经过厌氧消化产挥发酸后半纤维素含量于半纤维素单独氨水预处理比单独乙酸预处理降低纤维素和木质素含量增加表明厌氧发酵产挥的半纤维素回收率低即氨水预处理的半纤维素发酸主要利用半纤维素而且由于挥发酸对半纤维降解更强这主要是由厌氧产酸纤维的特性引起素的进一步降解作用使得厌氧消化产酸纤维素具的一方面厌氧产酸纤维已经经过有机酸的处理有较低的半纤维素质量分数为１３５４厌氧消另一方面大量半纤维素已经在厌氧产酸阶段降化纤维中纤维素含量较高有利于酶解产糖和生产解１５氨水处理的脱木质素能力可进一步导致半沼气针对厌氧产酸纤维中较高的木质素含量分纤维素降解重要的是乙酸氨水两步预处理后别考察了乙酸预处理氨水预处理和乙酸氨水联合的半纤维素回收率为３３２９３７７８均明显预处理对木质纤维素的降解效果低于乙酸处理对照和氨水处理对照而且随氨浓从图１中可以看出乙酸预处理进一步去除了度的增加半纤维素回收率逐渐降低这表明两步厌氧产酸纤维中的半纤维素但去除效果不显著预处理对难降解的厌氧产酸纤维有着较好的降解半纤维素质量分数降低至１１９４由于乙酸对木作用从木质素回收率上看乙酸单独预处理对质素降解作用较小因此乙酸预处理后纤维素含木质素脱出作用较弱木质素回收率达９５３９量明显增加与单独乙酸预处理不同的是氨水单独氨预处理表现出了一定的木质素去除能力图１预处理对厌氧消化产酸纤维木质纤维素含量的影响图２预处理对厌氧产酸纤维木质纤维素回收率的影响Ｆ１ＥｆｆｆｐｍｎｎｎｕｎｎｆＦ２ＥｆｆｆｐｍｎｎｎｕｖｙｎｂｙｄｄｆｂｆｍＶＦＡｐｄｕｎｆｎｂｙｄｄｆｂｆｍＶＦＡｐｄｕｎ

4 第 3 期王殿龙等 : 两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响 325 木质素回收率为 74 18%, 而两步预处理在木质素的脱出效果上更为显著, 其中乙酸联合 10% 氨水预处理组的木质素回收率仅为 55 85%, 去除了较多的木质素, 有利于纤维素的酶解和发酵当氨水质量分数为 15% 时, 木质素回收率反而增高, 这可能是由降解过程中产生有机抑制物导致的 [16] 综上, 两步预处理对半纤维素和木质素的降解作用得到强化, 对纤维素的回收效果显著 2 2 两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解特性的影响为了考察两步预处理对厌氧消化产酸纤维的处理效果, 分析了不同处理下的厌氧消化产酸纤维酶解后的葡萄糖和木糖质量浓度, 见表 2 未经过处理原始稻秸酶解 48h 的葡萄糖质量浓度为 23 31g/L, 木糖质量浓度仅为 2 49g/L, 这是由于未处理的稻秸结构致密, 受到木质素的包裹使得酶解效率较低厌氧产酸后的稻秸葡萄糖质量浓度明显提高, 可见厌氧产酸过程不仅可以生产挥发酸, 而且可以作为一种厌氧处理手段 ; 而木糖含量仍较低, 这也体现出厌氧消化产酸阶段主要降解的是半纤维素表 2 酶解过程中葡萄糖和木糖质量浓度变化 Tab.2 Changesinglucoseandxyloseconcentrations duringenzymatichydrolysis g/l 葡萄糖木糖组别 24h 48h 24h 48h 稻秸厌氧消化产酸纤维乙酸处理对照氨水处理对照乙酸 +5% 氨水乙酸 +10% 氨水乙酸 +15% 氨水高温乙酸预处理后, 葡萄糖和木糖质量浓度略有增加, 而单独氨水处理后, 葡萄糖质量浓度无明显变化, 而木糖质量浓度较高, 这是因为氨处理过程中不仅去除了木质素, 增强了半纤维素的水解, 而且也去除了部分纤维素, 使得葡萄糖质量浓度没有增加乙酸氨水两步预处理组的葡萄糖质量浓度显著升高, 其中 10% 氨水实验组葡萄糖质量浓度最高, 为 47 46g/L, 这表明乙酸预处理后的纤维再经过氨水处理时, 纤维素的降解被缓解, 相比单独氨水处理提高了纤维素的酶解糖化效率, 这也验证了前面预处理过程中的木质纤维素降解机理 2 3 两步预处理对厌氧产酸纤维沼气发酵性能和木质纤维素降解的影响预处理对厌氧消化产酸纤维的产沼气潜力的影响如图 3 所示, 与未处理的厌氧消化产酸纤维相比 (287mL/g), 单独乙酸和单独氨水预处理后, 沼气产率没有明显提高, 单独乙酸预处理促进半纤维素的降解, 导致沼气产率略有下降 ; 单独氨水预处理后的沼气产率为 304mL/g, 表明木质素的去除有利于提高沼气产量 [17] 因此, 基于前面两步预处理对木质素的去除效果, 两步预处理后的厌氧消化产酸纤维沼气产率大幅提高, 乙酸联合 5% 氨水和 15% 氨水预处理组的沼气产率与未处理组相比分别提高了 25 09% 和 28 92%; 乙酸联合 10% 氨水预处理组的沼气产率最高, 为 414mL/g, 相比未处理组, 沼气产率提高了 44 25%, 表明乙酸氨水两步预处理可有效提高厌氧消化产酸纤维的沼气产率, 实现了生物质木质纤维素的全效利用图 3 预处理对厌氧消化产酸纤维沼气发酵潜力的影响 Fig.3 Efectofpretreatmentonbiogaspotentialof anaerobicalydigestedfiberfrom VFAsproduction 平均甲烷质量分数和总固体去除率如表 3 所示 (R m 表示最大产沼气速率,λ 表示延迟时间,P s 表示模拟的沼气产率,R s 表示模拟的产沼气速率 ), 与原始厌氧消化产酸纤维相比, 预处理后发酵的平均甲烷产量略高, 各组间相差不大 ; 总固体去除率是评价厌氧发酵过程的一个重要指标 [18], 未处理组的总固体去除率为 29 40%, 与其他研究相比略高, 这是因为厌氧发酵产酸过程也具有一定的预处理效果单独乙酸和氨水预处理组的总固体去除率较高, 分别为 40 50% 和 42 67%, 可见厌氧消化产酸纤维的预处理特性明显不同于原始稻秸 ; 而两步乙酸氨水预处理组的总固体去除率规律明显, 氨水浓度越高, 总固体去除率越高, 结合产气和木质纤维素含量分析可知预处理过程中木质素去除越多, 发酵后总固体去除率越高, 即 : 两步预处理获得的可发酵纤维素和半纤维素含量较高 2 4 沼气发酵过程的修正 Gompertz 模型参数采用修正的 Gompertz 模型描述厌氧发酵过程 [19], 模型公式为式中 H=P exp ( -exp ( R me P (λ-t) +1 ) ) H t 时刻的累积沼气产量,mL P 沼气产量的潜力,mL

5 326 农业机械学报 2018 年表 3 修正 Gompertz 的模型参数 Tab.3 ModelparametersofmodifiedGompertzequation 组别沼气产率 / P s / R m / R s / λ/ 平均甲烷总固体 (ml g -1 ) (ml g -1 ) (ml h -1 ) (ml g -1 h -1 ) h 质量分数 /% 去除率 /% R 2 厌氧消化产酸纤维乙酸预处理对照氨水预处理对照乙酸 +5% 氨水乙酸 +10% 氨水乙酸 +15% 氨水 P s 和 R s 分别通过 P 和 R m 除以发酵原料质量得到该模型主要用来拟合最大产沼气速率累积沼气产量和延迟时间通过对模型公式求导令结果为零, 就可以得到最大的甲烷产率 P R m 和 λ 是通过拟合得到的, 其中 λ 可作为评价启动快慢的重要指标模型参数结果见表 3, 可以看出, 乙酸联合 10% 氨水预处理组模拟沼气产率最高, 为 399mL/g, 最大产沼气速率为 3 76mL/(g h), 而且延迟时间均较短, 表明厌氧消化产酸纤维是一种合适的发酵原料, 两步预处理有利于提高沼气产量, 与单独乙酸和单独氨水预处理组相比, 两步预处理效果显著, 提高了纤维的转化效率 2 5 预处理酶解和沼气发酵过程质量平衡基于 100g 厌氧消化产酸纤维作质量平衡分析 ( 图 4), 经过厌氧消化后的沼渣中含有 44 19g 的纤维素, 半纤维素质量仅为 13 54g 乙酸预处理后, 纤维损失 20 56g, 其中纤维素损失 3 3g, 半纤维素损失 4 05g, 木质素含量基本没有变化 ; 乙酸处理后的纤维再经过 10% 氨水预处理, 总质量损失 21 70%, 纤维素质量仍较高, 为 35 34g, 半纤维素质量仅为 4 94g, 同时去除了较多的木质素, 增加了纤维的孔隙度和接触面积, 有利于与纤维素复合酶及厌氧微生物的接触酶解糖化结果获得了 33 22g 葡萄糖, 基于厌氧消化产酸纤维计算, 葡萄糖水解得率达到 67 73%; 两步预处理的纤维厌氧发酵后可获得 25 8L 沼气质量平衡分析更加清晰地阐明了两步乙酸氨水预处理厌氧消化产酸纤维过程的纤维素和半纤维素降解机理 2 6 厌氧消化产酸纤维产糖产沼气参数对比表 4 对比了稻秸厌氧消化纤维和厌氧消化产酸纤维在不同预处理方法下的酶解葡萄糖得率和厌氧发酵的沼气产率, 从沼气产率上来看, 乙酸预处理比硫酸和水热处理条件下的沼气产率较高, 乙酸和氨水的两步预处理能进一步提高厌氧消化产酸纤维的沼气产量, 总固体产气率达到 414mL/g; 对于葡萄糖得率, 稀酸预处理应用较为普遍, 葡萄糖得率较高, 为 51 60%, 与原始稻秸相比, 厌氧消化纤维和厌氧消化产酸纤维由于其是发酵后的沼渣, 难于图 4 两步预处理厌氧产酸纤维产糖 / 产沼气全过程质量平衡 Fig.4 Massbalanceintwo steppretreatmentforsugaror biogasproductionwithanaerobicalydigestedfiberfrom VFAsproduction 表 4 不同原料和预处理方法的酶解葡萄糖得率和沼气产率 Tab.4 Comparisonofglucoseconversionandbiogas yieldofdiferentfeedstocksandpretreatments 发酵原料预处理方法及条件酶解葡萄糖得率 /% 沼气产率 / (ml g -1 ) 稻秸 6% 硫酸,20,30d 150 [20] 稻秸水热处理,80,6h 281 [21] 稻秸 10% 乙酸,126,1h 314 [22] 稻秸稀酸预处理 [23] 厌氧消化纤维 2%NaOH,130,2h [24] 厌氧消化纤维 3%NaOH,60,6h [9] 厌氧消化 4% 乙酸,2h,121 ; 产酸纤维 10% 氨水,2h, 降解, 因此其预处理和酶解特性不同于原始稻秸, NaOH 预处理可有效提高厌氧消化纤维的酶解糖化效率本研究基于厌氧消化产酸纤维的独特性质, 采用了乙酸氨水两步处理方法, 葡萄糖得率和沼气产率均较高, 这为挥发性脂肪酸生产过程中的废渣利用提供了新的途径和参考

6 第 3 期王殿龙等 : 两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响结论 (1) 针对厌氧消化产酸纤维采用了乙酸氨水两步预处理, 纤维素回收率为 77 47% ~81 44%, 经过 4% 乙酸和 10% 氨水在 121 的连续预处理, 纤维素质量分数达到 56 82%, 经过产酸和两步预处理后稻秸残渣中半纤维素质量分数仅为 7 94% (2) 酶解糖化过程中, 两步预处理具有明显优势, 参考文献在最优条件下, 葡萄糖质量浓度达到 47 46g/L, 基于原始厌氧消化产酸纤维计算, 葡萄糖得率较高, 为 67 73% (3) 从厌氧发酵的沼气产率上看, 乙酸氨水两步预处理的沼气产率明显优于单独乙酸和单独氨水预处理, 其中乙酸联合 10% 氨水预处理组获得了最高的沼气产率, 为 414mL/g, 有效提高了厌氧消化产酸纤维的产气效率 1 李文哲, 丁清华, 魏东辉, 等. 稻秸好氧厌氧两相发酵工艺与产气特性研究 [J/OL]. 农业机械学报,2016,47(3): htp: csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no= &journal_id=jcsam.doi: /j.issn LIWenzhe,DINGQinghua,WEIDonghui,etal.Aerobicandanaerobictwo phasefermentationprocessandbiogasproduction characteristicsofricestraw[j/ol].transactionsofthechinesesocietyforagriculturalmachinery,2016,47(3): (inchinese) 2 吴创之, 周肇秋, 阴秀丽, 等. 我国生物质能源发展现状与思考 [J]. 农业机械学报,2009,40(1): WUChuangzhi,ZHOUZhaoqiu,YINXiuli,etal.CurentstatusofbiomassenergydevelopmentinChina[J].Transactionsofthe ChineseSocietyforAgriculturalMachinery,2009,40(1):91-99.(inChinese) 3 ABDESHAHIANP,LIM JS,HOW S,etal.Potentialofbiogasproductionfrom farm animalwasteinmalaysia[j].renewable andsustainableenergyreviews,2016,60: ARAMRUEANGN,ZICARISM,ZHANG R.Characterizationandcompositionalanalysisofagriculturalcropsandresiduesfor ethanolproductionincalifornia[j].biomassandbioenergy,2017,105: CHENY,JIANGX,XIAOK,etal.Enhancedvolatilefatyacids(VFAs)productioninathermophilicfermenterwithstepwise ph increase investigationondissolvedorganicmatertransformationandmicrobialcommunityshift[j].waterresearch,2017, 112: KIM NJ,PARK G W,KANG J,etal.Volatilefatyacidproductionfrom lignocelulosicbiomassbylimepretreatmentandits applicationstoindustrialbiotechnology[j].biotechnologyandbioprocessengineering,2013,18(6): WANGD,XIJ,AIP,etal.Enhancingethanolproductionfromthermophilicandmesophilicsoliddigestateusingozonecombined withaqueousammoniapretreatment[j].bioresourcetechnology,2016,207: MACLELLAN J,CHEN R,KRAEMER R,etal.Anaerobictreatmentoflignocelulosicmaterialtoco producemethaneand digestedfiberforethanolbiorefining[j].bioresourcetechnology,2013,130: 王殿龙, 艾平, 鄢烈亮, 等. 稻秸厌氧消化纤维制取乙醇实验研究 [J/OL]. 农业机械学报,2015,46(5): htp: csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no= &journal_id=jcsam.doi: / j.issn WANGDianlong,AIPing,YANLieliang,etal.Researchonethanolproductionofanaerobicdigestionfiberfrom ricestraw[j/ OL].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery,2015,46(5): (inChinese) 10 VEGIS,SHASTRIY.Optimalcontrolofdiluteacidpretreatmentandenzymatichydrolysisforprocessinglignocelulosicfeedstock [J].JournalofProcessControl,2017,56: 王健, 赵玲, 田萌萌, 等. 组合碱预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响 [J]. 太阳能学报,2014,35(12): WANGJian,ZHAOLing,TIANMengmeng,etal.Influenceofcombinedalkalipretreatmentonanaerobicdigestionofcornstalk [J].ActaEnergiaeSolarisSinica,2014,35(12): (inChinese) 12 张万钦, 戚丹丹, 吴树彪, 等. 不同预处理方式对污泥厌氧发酵的影响 [J/OL]. 农业机械学报,2014,45(9): htp: csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no= &journal_id=jcsam.doi: /j.issn ZHANGWanqin,QIDandan,WUShubiao,etal.Efectofdiferentpretreatmentmethodsonsewagesludgeanaerobicdigestion [J/OL].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery,2014,45(9): (inChinese) 13 GAOAH,BULEM V,LASKAR D D,etal.Structuralandthermalcharacterizationofwheatstrawpretreatedwithaqueous ammoniasoaking[j].journalofagriculturalandfoodchemistry,2012,60(35): MATHEW AK,PARAMESHWARANB,SUKUMARANR K,etal.Anevaluationofdiluteacidandammoniafiberexplosion pretreatmentforcelulosicethanolproduction[j].bioresourcetechnology,2016,199: CHANGH N,KIM NJ,KANGJ,etal.Biomass derivedvolatilefatyacidplatformforfuelsandchemicals[j].biotechnology andbioprocessengineering,2010,15(1): YU Q,ZHUANG X,WANG W,etal.Hemiceluloseandligninremovaltoimprovetheenzymaticdigestibilityandethanol production[j].biomassandbioenergy,2016,94: HEY,PANGY,LIUY,etal.Physicochemicalcharacterizationofricestrawpretreatedwithsodium hydroxideinthesolidstate forenhancingbiogasproduction[j].energy& Fuels,2008,22(4): 刘战广, 朱洪光, 王彪, 等. 粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响 [J]. 农业工程学报,2009,25(4): LIUZhanguang,ZHUHongguang,WANG Biao,etal.Efectofratiosofmanuretocropondryanaerobicdigestionforbiogas production[j].transactionsofthecase,2009,25(4): (inchinese) 19 WANGD,AIP,YUL,etal.Comparingthehydrolysisandbiogasproductionperformanceofalkaliandacidpretreatmentsof ricestrawusingtwo stageanaerobicfermentation[j].biosystemsengineering,2015,132: 覃国栋, 刘荣厚, 孙辰. 酸预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响 [J]. 上海交通大学学报 : 农业科学版,2011,29(1): QINGuodong,LIU Ronghou,SUN Chen.Efectsofacidpretreatmentonbiogasfermentationofricestraw [J].Journalof ShanghaiJiaotongUniversity:AgriculturalScienceEdition,2011,29(1):58-61.(inChinese) 21 钱玉婷, 杜静, 陈广银, 等. 温和水热预处理促进秸秆产沼气的条件优化研究 [J]. 中国环境科学,2016,36(12): QIANYuting,DUJing,CHEN Guangyin,etal.Optimizationofconditionsforpromotingbiogasproductionwithhydrothermal pretreatmentforstraw[j].chinaenvironmentscience,2016,36(12): (inchinese) 22 AMNUAYCHEEWA P, HENGAROONPRASAN R, RATTANAPORN K, etal. 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第期李伟等用方法对中国历史气温数据插值可行性讨论李伟李庆祥江志红使用插值方法对已经过质量控制和均一化的年月年月中国全部基本基准站气温资料逐月进行空间插值通过站点的实际序列与插值后格点序列进行比较针对相关系数和线性趋势等多个量来检验方法对气候资料插值的