趙 靜, 劉文娟, 戴本林, 鄧媛方, 楊文瀾

(1.江蘇省工程咨詢中心，江蘇 南京 210003; 2.淮陰師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院江蘇省生物質(zhì)能與酶技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 淮安 223300; 3.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 江蘇 南京 210098; 4.淮陰師范學(xué)院 江蘇省區(qū)域現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與環(huán)境保護(hù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇 淮安 223300)

不同預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)水稻秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響

趙 靜1, 劉文娟2, 3, 戴本林2, 4, 鄧媛方2, 楊文瀾2

(1.江蘇省工程咨詢中心，江蘇 南京 210003; 2.淮陰師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院江蘇省生物質(zhì)能與酶技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 淮安 223300; 3.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 江蘇 南京 210098; 4.淮陰師范學(xué)院 江蘇省區(qū)域現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與環(huán)境保護(hù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇 淮安 223300)

為探索合理的預(yù)處理方法以實(shí)現(xiàn)水稻秸稈的高效厭氧消化，筆者研究了NaOH,H2SO4與纖維素酶處理3種預(yù)處理方法對(duì)水稻秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響。將經(jīng)預(yù)處理的60 g干物質(zhì)的水稻秸稈放入發(fā)酵瓶中，在恒溫(35℃±1℃)下進(jìn)行沼氣發(fā)酵試驗(yàn)。比較不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaOH，H2SO4，不同投加量纖維素酶預(yù)處理水稻秸稈的厭氧發(fā)酵效果，綜合原料分解程度、總產(chǎn)氣量、氣體組分含量變化等指標(biāo)，得出6% NaOH，2% H2SO4，纖維素酶添加量為40 U·g-1TS的預(yù)處理效果要分別優(yōu)于同一組中其余質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaOH，H2SO4和不同添加量的纖維素酶；對(duì)比不同處理方法預(yù)處理水稻秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的效果，經(jīng)過纖維素酶預(yù)處理的單位固體發(fā)酵產(chǎn)氣量、底物分解率、甲烷體積百分?jǐn)?shù)總體表現(xiàn)優(yōu)于對(duì)照組、NaOH以及H2SO4預(yù)處理組。因此，生物預(yù)處理可能成為今后水稻秸稈沼氣工程較理想的預(yù)處理方法。

預(yù)處理； 沼氣； NaOH； H2SO4； 纖維素酶； 水稻秸稈

中國農(nóng)作物資源豐富，居世界首位，主要的秸稈類作物有近20種，每年秸稈總產(chǎn)量大概有7億t[1-3]，其中水稻、小麥和玉米稈這3種秸稈占到70%以上，但目前我國農(nóng)作物秸稈的利用率卻較低，有一半被大量丟棄或焚燒，這不僅浪費(fèi)了資源，而且對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。通過將秸稈通過厭氧發(fā)酵技術(shù)轉(zhuǎn)化為沼氣，可以有效緩解農(nóng)村地區(qū)能源緊張和環(huán)境污染的局面[4]。

然而秸稈作為沼氣原料時(shí)，因其本身含有80%的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素等致密物質(zhì)，而其中難以降解的木質(zhì)素與半纖維素、纖維素相互交聯(lián)，使得厭氧微生物無法快速對(duì)其進(jìn)行分解和利用[5-6]，從而在消化過程中會(huì)存在發(fā)酵啟動(dòng)慢、降解率低、產(chǎn)氣率低等問題?；诖耍话憧赏ㄟ^預(yù)處理破壞秸稈的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，使其降解成簡單化合物，從而提高其厭氧消化效率和產(chǎn)氣量。目前常用的預(yù)處理方法主要有物理法[7]、化學(xué)法[8-10]以及生物法[11-13]等。如Zhang[4]在用破碎、研磨和高溫加熱(60℃，90℃，110℃)對(duì)水稻秸稈進(jìn)行預(yù)處理發(fā)酵產(chǎn)沼氣時(shí)，發(fā)現(xiàn)這3種預(yù)處理方法在一定程度上都能夠促進(jìn)秸稈的產(chǎn)氣效率；崔鳳杰[14]等采用5.0% NaOH溶液預(yù)處理玉米秸稈，發(fā)現(xiàn)其揮發(fā)性物質(zhì)(Volatile substance，VS)產(chǎn)氣率較未經(jīng)處理樣品提高了38.5%；宋籽霖[15]等用NaOH預(yù)處理玉米秸稈后，發(fā)現(xiàn)其甲烷產(chǎn)率最大可提高至84.2%；而Chandra[16]等采用3% NaOH溶液預(yù)處理水稻秸稈，發(fā)現(xiàn)其VS甲烷產(chǎn)氣率提高了123.9%；Zheng[17]等通過查閱大量文獻(xiàn)總結(jié)出NaOH對(duì)秸稈甲烷產(chǎn)氣率的促進(jìn)作用在3.2%～230%之間，而采用生物預(yù)處理這一比率可提高至15%～500%之間。卞永存[18]采用稀硫酸對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果表面半纖維素的去除率最高可達(dá)74%。此外，楊立[19]發(fā)現(xiàn)金屬離子對(duì)秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣有明顯的促進(jìn)作用。添加金屬離子組的產(chǎn)氣量比對(duì)照組提高了41.7%。何榮玉[20]等利用復(fù)合菌劑處理玉米秸稈，產(chǎn)氣量可提高29.54%，甲烷含量高達(dá) 68.33%。黃如一[21]等利用綠秸靈、腐稈靈等復(fù)合菌預(yù)處理的秸稈進(jìn)行厭氧發(fā)酵試驗(yàn)，產(chǎn)氣量可分別提高33.65%和38.32%?；诖?，發(fā)現(xiàn)前人的研究多關(guān)注于研究采用哪種預(yù)處理方法的效果較好，而對(duì)多種預(yù)處理方法處理效果進(jìn)行比較分析的研究還較少，尤其是對(duì)于添加纖維素酶的生物預(yù)處理的研究。

因此，考慮到現(xiàn)有研究的不足，文章以水稻秸稈為對(duì)象，對(duì)比研究了稀堿、稀酸以及生物酶解預(yù)處理等3種不同方法對(duì)秸稈出峰時(shí)間、峰值、日產(chǎn)氣量、甲烷體積分?jǐn)?shù)等方面的影響。同時(shí)篩選出各預(yù)處理方法的最佳方案，通過對(duì)其pH值，物能轉(zhuǎn)化率、秸稈成分變化的相關(guān)討論，從而可為探索出一條經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、能耗低的秸稈預(yù)處理方式提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

文章選取自然條件下風(fēng)干的水稻秸稈作為試驗(yàn)材料，取自淮安市淮陰區(qū)王營鎮(zhèn)周圍村莊，將其用剪刀切成約2～3 cm的小段，粉碎機(jī)粉碎，并測定其理化指標(biāo)。本試驗(yàn)的接種物來源于淮安市淮陰區(qū)王營鎮(zhèn)丁集村戶用沼氣池中的沼液。試驗(yàn)材料的理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)材料的理化性質(zhì) (%)

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置為淮陰師范學(xué)院生物質(zhì)能與酶技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的室內(nèi)沼氣發(fā)酵試驗(yàn)裝置，主要由溫控儀(WMZK-01型，控制范圍10℃～100℃)、傳感器、地?zé)峋€(800 W)、恒溫水箱、發(fā)酵瓶、集氣瓶、集水瓶等部分組成(見圖1)。各部分之間由橡皮塞、玻璃管和乳膠管相連，加凡士林密閉。地?zé)峋€均勻分布于水箱底部，無交叉重疊，地?zé)峋€間距1 cm 左右，使水箱內(nèi)傳熱均勻。發(fā)酵瓶為2 L 的玻璃瓶，集氣瓶為1000 mL 錐形瓶。發(fā)酵瓶處設(shè)有發(fā)酵料液取樣口和氣體采樣口，定期取樣進(jìn)行料液pH值和沼氣氣體成分的測定。

1.溫控儀； 2.傳感器； 3.地?zé)峋€； 4.恒溫水箱； 5.取樣口； 6.導(dǎo)氣管； 7.發(fā)酵瓶； 8.集氣瓶； 9.取氣口； 10.導(dǎo)水管； 11.集水瓶圖1 厭氧消化裝置組成

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)的整個(gè)過程分為預(yù)處理階段、預(yù)試驗(yàn)階段和正式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣階段，3個(gè)階段在同一個(gè)裝置內(nèi)進(jìn)行。預(yù)處理階段在常溫厭氧條件下進(jìn)行，玻璃瓶用蓋子密封。預(yù)試驗(yàn)和正式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣階段采用中溫發(fā)酵，試驗(yàn)溫度設(shè)為(35℃±1℃)。發(fā)酵裝置固定在恒溫水池中，池溫由溫控儀、傳感器和地?zé)峋€控制在恒定溫度。

預(yù)試驗(yàn)設(shè)4個(gè)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)處理水平：分別為2%，4%，6%，8%(NaOH，H2SO4)；酶處理法是先用4% NaOH預(yù)處理稻草秸稈，再加H3PO4調(diào)節(jié)pH值到5左右，最后分別加入10，20，30，40 U·g-1TS的纖維素酶；同時(shí)設(shè)置一個(gè)對(duì)照組(不加預(yù)處理試劑)。正式試驗(yàn)產(chǎn)沼氣階段是在上述預(yù)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取每種預(yù)處理方法中效果最優(yōu)的一組，再次重復(fù)預(yù)試驗(yàn)的步驟，進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣試驗(yàn)。以上所有處理樣品均放置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中，7 d后裝入發(fā)酵罐中然后發(fā)酵，稻草秸稈與牛糞一比一配比，干物質(zhì)各取60 g，加接種沼液定容到2 L裝罐。置于35℃±1℃恒溫水箱中進(jìn)行發(fā)酵，每日記下發(fā)酵料液pH值、所產(chǎn)氣體各組分含量和日產(chǎn)氣量。

1.4 測定項(xiàng)目

總固體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(TS)：烘干法(電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏，DHG-9030A)中105℃下烘4～6 h)；VS 測定：烘干法(馬弗爐中550℃下烘1 h)；含水率：烘干法(電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏，DHG-9030A)中105℃下烘4～6 h)；pH 值：通過精密pH 計(jì)(上海雷磁，PHS-3C)測定；產(chǎn)氣量：采用排水集氣法收集氣體，每天定時(shí)用量筒測量集水瓶中排出的水量，并做以記錄；氣體成分：采用氣體分析儀(英國Geotechnical Instruments公司，Geotech GEM5000)測定；灰分測定按 GB/T 2677.3-1993；酸不溶木素的測定按照 GB/T 2677.8-1994；聚戊糖的測定按照 GB/T 2677.9-1994；纖維素測定采用硝酸-乙醇法。

2 結(jié)果與討論

筆者探討了目前秸稈沼氣工程預(yù)處理研究中較為常用的3種方法：稀堿、稀酸以及生物酶解預(yù)處理。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)各處理組的日產(chǎn)氣量、甲烷產(chǎn)量以及預(yù)處理藥品用量，選擇空白處理、處理效果最優(yōu)的6% NaOH預(yù)處理、2% H2SO4預(yù)處理以及40 U·g-1TS纖維素酶的生物預(yù)處理，進(jìn)行pH值，產(chǎn)氣量，CH4及H2含量、物能轉(zhuǎn)化率、秸稈纖維成分變化的相關(guān)討論。

2.1 厭氧發(fā)酵過程中pH值變化的對(duì)比分析

pH值是沼氣發(fā)酵反應(yīng)過程中的一個(gè)重要指標(biāo)，沼氣微生物發(fā)酵所需的pH值必須在4.0～8.5 之間，最適pH值則在7.0左右[22]。圖2是不同預(yù)處理方法厭氧發(fā)酵過程中pH值的變化。

從圖2可看出，不同預(yù)處理方法在發(fā)酵初期pH值是呈下降趨勢，到發(fā)酵的第5天和6天，pH值降到最低點(diǎn)，然后逐漸上升，到發(fā)酵的第29天，pH值達(dá)到最高。pH變化的總體趨勢與厭氧消化的三階段理論相符，分別是水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段以及產(chǎn)甲烷階段。pH值總體變化趨勢在5.5～8.0之間，這與發(fā)酵過程中微生物的活動(dòng)密切相關(guān)。在預(yù)處理階段，大分子狀態(tài)存在的木質(zhì)素、半纖維素、纖維素已完成水解過程，在厭氧發(fā)酵階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將已完成預(yù)處理的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為乙酸，H2，、CO2，使得pH值下降。然后，再到產(chǎn)甲烷階段，通過兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌作用，一組將上一階段產(chǎn)生的H2和CO2轉(zhuǎn)化為CH4，或利用其他細(xì)菌產(chǎn)生的甲酸生成CH4；另一組對(duì)乙酸脫羧產(chǎn)生CH4，從而導(dǎo)致pH值升高。

圖2 不同預(yù)處理方法厭氧消化過程中pH值的變化

綜上所述，通過比較3種不同方法預(yù)處理水稻秸稈厭氧發(fā)酵的pH值，得出6% NaOH預(yù)處理組厭氧發(fā)酵階段pH值在5.5～8.0之間波動(dòng)，2% H2SO4預(yù)處理組pH值在5.09～7.52之間波動(dòng)，而40 U·g-1TS纖維素酶預(yù)處理組pH值則在5.99～7.36之間波動(dòng)。3種方法pH值的總體變化趨勢相似相同，都在發(fā)酵的第3～5天到達(dá)低谷，然后是上升過程直至反應(yīng)期末，這與厭氧發(fā)酵三階段理論基本符合；3種方法各有特點(diǎn)，堿法對(duì)于符合厭氧發(fā)酵三階段理論更明顯，而酸法pH值較其他兩種方法偏低；纖維素酶生物法預(yù)處理分解較為完全，淡化了第一階段過程，再加上緩沖作用pH值的降低不是非常顯著。

2.2 不同預(yù)處理對(duì)稻秸厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響

從圖3可看出，各個(gè)預(yù)處理組很快地就進(jìn)入了厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的高峰期，而對(duì)照組基本上沒有出現(xiàn)明顯的產(chǎn)氣高峰期。其中，6% NaOH預(yù)處理組的最高日產(chǎn)氣量出現(xiàn)在第16 d，產(chǎn)氣量為1369 mL；2% H2SO4溶液預(yù)處理組的第一個(gè)小高峰出現(xiàn)在第4天，且產(chǎn)氣量為458 mL；隨后進(jìn)入波谷期，在第13天產(chǎn)氣量最小，為54 mL；后又上升至高峰期，在第20天達(dá)到最大產(chǎn)氣量，為1180 mL；40 U·g-1TS纖維素酶的處理組在發(fā)酵第2～3天也到達(dá)第一個(gè)小高峰，日產(chǎn)氣量分別為610 mL和980 mL，然后在第4天到達(dá)低谷，然后再進(jìn)入第二個(gè)高峰期，第11天達(dá)到最高點(diǎn)，日產(chǎn)氣量分別為1204 mL和1342 mL，并持續(xù)到反應(yīng)期末。從圖4可看出，各個(gè)預(yù)處理組的甲烷體積百分?jǐn)?shù)從發(fā)酵開始階段就開始很快增加，且在第14天均達(dá)到30%以上，并在此基礎(chǔ)上繼續(xù)增加。而對(duì)照組甲烷含量很低，一直持續(xù)在10%～20%之間，其中6% NaOH預(yù)處理組甲烷含量最高可達(dá)到41.6%；2% H2SO4預(yù)處理組的高峰期有些滯后，但其甲烷含量最高能達(dá)到59.9%；纖維素酶生物預(yù)處理組在第8天達(dá)到30%以上，并分別在此基礎(chǔ)上繼續(xù)增加。40 U·g-1TS纖維素酶預(yù)處理組的甲烷含量最高可達(dá)到66.8%。由此可見，各預(yù)處理組均能穩(wěn)定并大幅提高甲烷含量，這是因?yàn)橛懈嗟目扇苄杂袡C(jī)物可供產(chǎn)甲烷菌利用[23]。

圖3 各預(yù)處理厭氧消化過程中日產(chǎn)氣量變化

圖4 各預(yù)處理厭氧消化過程中CH4含量的變化

總的來說，以上結(jié)果是因?yàn)榻?jīng)過預(yù)處理后，水稻秸稈組分被分解，發(fā)酵液中的產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌能很容易的利用底物來生長繁殖，產(chǎn)生大量的氣體。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，這些組分被大量的消耗而減少，產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖減慢，產(chǎn)氣量下降，直到最后產(chǎn)氣停止。從整個(gè)過程來看，其中6% NaOH溶液預(yù)處理的日產(chǎn)氣量峰值最大，40 U·g-1TS纖維素酶預(yù)處理的甲烷體積分?jǐn)?shù)最高。且各預(yù)處理都不同程度的縮短了反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間。

2.3 不同預(yù)處理對(duì)稻秸厭氧發(fā)酵氫氣產(chǎn)量的影響

從圖5可看出，對(duì)照組的H2含量均在200 ppm以內(nèi)，總體偏低；2% H2SO4預(yù)處理的H2含量在100～250 ppm之間，含量不高；6% NaOH預(yù)處理的H2含量在100～350 ppm之間，含量較高；40 U·g-1TS纖維素酶預(yù)處理的H2含量在150～500之間，其含量最高。另外，從圖4中也可看出H2產(chǎn)出的波動(dòng)較大，其主要原因是水稻秸稈厭氧消化產(chǎn)生的氣體中，H2只有很微量的一部分。一開始H2濃度高，是因?yàn)樗窘斩捓锩娴奈镔|(zhì)被分解，產(chǎn)生H2，之后主要就是沼氣中含有的微量H2。

圖5 各預(yù)處理厭氧消化過程中H2含量的變化

2.4 轉(zhuǎn)化效率的對(duì)比分析

各預(yù)處理都不同程度的破壞了水稻秸稈的纖維結(jié)構(gòu)，這有助于微生物對(duì)可發(fā)酵物質(zhì)的利用和酶解的進(jìn)行，提高秸稈的厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化速率[6, 24]，因此峰值及出峰時(shí)間較對(duì)照組均有所改善。與對(duì)照組相比，3種預(yù)處理均不同程度的縮短了發(fā)酵產(chǎn)氣周期，提高了原料的生物降解速率。在物能轉(zhuǎn)化率方面，對(duì)照組的TS產(chǎn)氣率為52.6 mL·g-1，TS產(chǎn)甲烷率為7.5 mL·g-1。而經(jīng)過預(yù)處理后的TS產(chǎn)氣率和TS產(chǎn)甲烷率均有較大提高，其中6% NaOH，2% H2SO4，40 U·g-1TS纖維素酶預(yù)處理組的累積產(chǎn)氣量分別可達(dá)18720、9498、20433 mL，較對(duì)照組分別提高了492.8%，200.8%，547.0%?？梢?，TS 產(chǎn)甲烷率：生物處理>NaOH處理>H2SO4處理>對(duì)照；累積產(chǎn)氣量：生物處理>NaOH處理>H2SO4處理>對(duì)照。

表2 不同預(yù)處理?xiàng)l件下秸稈產(chǎn)氣情況比較

2.5 厭氧發(fā)酵前后各組分變化對(duì)比分析

從圖6可看出，水稻秸稈各組分中以纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為最高，其次為半纖維素，木質(zhì)素的最低。而經(jīng)過6% NaOH預(yù)處理后，秸稈中的纖維素含量沒有減少，反而較對(duì)照組有所增加，木質(zhì)素和半纖維素含量有明顯降低；經(jīng)2% H2SO4預(yù)處理后，木質(zhì)素含量沒有減少，反而較對(duì)照組有所增加，而半纖維素和纖維素含量均有降低；經(jīng)纖維素酶生物預(yù)處理后，木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的含量均有所降低，這與有關(guān)文獻(xiàn)中所描述的基本一致[25]。

綜上所述，從上述3組實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以得出，對(duì)于水稻秸稈，堿預(yù)處理方法對(duì)木質(zhì)素的去除效果最好，高達(dá)41.5%；纖維素酶生物預(yù)處理方法對(duì)半纖維素和纖維素的去除效果最好，半纖維素去除率高達(dá)53.4%，纖維素的去除率則高達(dá)14.9%。

圖6 不同預(yù)處理后各處理組組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)變化

3 結(jié)論

(1)與對(duì)照組相比，3種預(yù)處理方法物能轉(zhuǎn)化率均有所提高，其中纖維素酶生物預(yù)處理的轉(zhuǎn)化效率最高，其次是NaOH預(yù)處理，最后是H2SO4預(yù)處理。

(2)對(duì)于水稻秸稈，堿預(yù)處理方法對(duì)纖維素的去除效果最好，高達(dá)41.5%；纖維素酶生物預(yù)處理方法對(duì)半纖維素和木質(zhì)素的去除效果最好，半纖維素去除率高達(dá)53.4%，木質(zhì)素的去除率則高達(dá)14.9%。在實(shí)踐中，可針對(duì)水稻秸稈組分的組成及預(yù)處理目的有效選擇預(yù)處理方法。

(3)對(duì)比不同處理方法預(yù)處理水稻秸稈厭氧消化產(chǎn)沼氣過程，經(jīng)過纖維素酶預(yù)處理的pH 值、單位固體發(fā)酵產(chǎn)氣量、底物分解率以及甲烷體積百分?jǐn)?shù)總體表現(xiàn)要優(yōu)于對(duì)照組，NaOH預(yù)處理組以及H2SO4預(yù)處理組?？偟膩碚f，添加40 U·g-1TS纖維素酶的生物預(yù)處理的效果最好，其次是NaOH預(yù)處理，最后是H2SO4預(yù)處理。

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Effect of Different Pretreatment on Biogas Production Characteristics of Rice Stalk /

ZHAO Jing1, LIU Wen-juan2, 3, DAI Ben-lin2, 4, DENG Yuan-fang2, YANG Wen-lan2/

(1.Jiangsu Engineering Consulting Center, Nanjing 210003, China; 2.Jiangsu Key Laboratory for Biomass-based Energy and Enzyme Technology, School of Chemistry and Chemical Engineering, Huaiyin Normal University, Huaian 223300, China; 3.College of Environment, Hohai University, Nanjing 210098, China; 4.Jiangsu Collaborative Innovation Center of Regional Modern Agriculture & Environmental Protection, Huaiyin Normal University, Huaian 223300, China)

In order to explore a reasonable pretreatment method to realize the high efficient anaerobic digestion for rice straw, the effects of NaOH, H2SO4and cellulase treatment on the anaerobic digestion of rice straw were investigated. The pretreated 60 g dry matter of rice straw was put into the fermentation bottle under the constant temperature of 35℃±1℃. Comparison of anaerobic efficient, decomposition degree of material, total gas production, and biogas components under different dosage of NaOH, H2SO4, cellulase pretreatment were made. It was showed that 6% of NaOH, 2% of H2SO4, and cellulase of 40 U·g-1TS were the best dosage for their individual pretreatment.Comparing among the different methods, pretreatment with cellulase obtained the better biogas production rate, total biogas production, substrate decomposition and methane content than those pretreated with NaOH or H2SO4.

pretreatment; biogas; NaOH; H2SO4; cellulase; rice straw

2016-07-20

2016-08-30

項(xiàng)目來源： 國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(51508221); 江蘇省區(qū)域現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與環(huán)境保護(hù)協(xié)同創(chuàng)新中心科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目(HSXT312, HSXT227); 江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(15KJD480001)

趙 靜 (1981-)，女，碩士，主要從事工程項(xiàng)目咨詢、節(jié)能評(píng)估、工程設(shè)計(jì)等方面的研究工作，E-mail: coldzj@163.com 通信作者： 戴本林， E-mail: benlindai@163.com

S216.4； X712

A

1000-1166(2017)01-0043-06