秸秆预处理促进厌氧干发酵产沼气的研究进展

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0553

中国农学通报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (8): 76-82.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0553

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇下一篇

秸秆预处理促进厌氧干发酵产沼气的研究进展

王奥林¹(), 张鸿琼², 孟利¹^,³()

¹ 黑龙江大学生命科学学院农业微生物技术教育部工程研究中心/黑龙江省普通高等学校分子生物学重点实验室，哈尔滨 150080
² 东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030
³ 黑龙江博能绿色能源科技集团股份有限公司，哈尔滨 150040

收稿日期:2024-09-02 修回日期:2024-12-26 出版日期:2025-03-15 发布日期:2025-03-14
通讯作者:
孟利，女，1980年出生，黑龙江五常人，副教授，博士后，研究方向：食品微生物与食品质量安全检测。通信地址：150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路74号黑龙江大学生命科学学院，Tel：0451-86608586，E-mail：mengli198026@126.com。
作者简介:
王奥林，女，1997年出生，辽宁铁岭人，硕士研究生，研究方向：食品和药物物质功能的挖掘和开发。通信地址：150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路74号黑龙江大学生命科学学院，Tel：0451-86608586，E-mail：3042696823@qq.com。
基金资助:
黑龙江省“揭榜挂帅”科技攻关项目“生物炭介导酶-菌干发酵工艺开发及评价”(2022ZXJ05C01-03-03)

Research Progress on Straw Pretreatment in Anaerobic Dry Fermentation for Biogas Production

WANG Aolin¹(), ZHANG Hongqiong², MENG Li¹^,³()

¹ Engineering Research Center of Agricultural Microbiology Technology, Ministry of Education, Heilongjiang University/Key Laboratory of Molecular Biology of Higher Education Institutions of Heilongjiang Province, Harbin 150080
² College of Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030
³ Heilongjiang Boneng Green Energy Technology Group Co., Ltd., Harbin 150040

Received:2024-09-02 Revised:2024-12-26 Published:2025-03-15 Online:2025-03-14

摘要/Abstract

摘要：

中国农作物秸秆资源丰富，厌氧干发酵生产沼气是其高效利用的重要途径。然而，由于秸秆的木质纤维素结构致密，限制了其水解酸化及厌氧菌的降解效率。本研究系统阐述了厌氧干发酵机制，并总结了多种预处理方法对提高秸秆厌氧干发酵产沼气效率的影响，包括物理、化学、生物和联合预处理技术。通过文献综述得出的结论表明，不同预处理方法各有优缺点，单一方法难以完全满足高效、低成本的要求。本研究在阐述厌氧干发酵机制的基础上，从优化现有工艺、提升预处理效率、降低预处理成本等方面对未来的研究方向提出了建议并对秸秆预处理技术进行了展望。研究为实现秸秆资源的高效利用和可持续发展提供了思路。

关键词: 秸秆, 预处理, 厌氧干发酵, 沼气, 木质纤维素

Abstract:

Abundant crop straw production in our country makes anaerobic dry fermentation for biogas production an important way to utilize crop straw resources. However, the dense structure of lignocellulose in straw limits the hydrolysis and acidification of straw, making it difficult for anaerobic bacteria to degrade straw and produce biogas. Currently, pretreatment of straw is considered to be an effective way to enhance the rate of anaerobic digestion and improve biogas yield. The text elaborates on the mechanism of anaerobic dry fermentation, and reviews the common pretreatment methods that can increase the efficiency of biogas production in straw anaerobic dry fermentation, including physical, chemical, biological, and combined pretreatment methods, and provides a perspective on the technology of straw pretreatment.

Key words: straw, pretreatment, anaerobic dry fermentation, biogas, lignocellulose

王奥林, 张鸿琼, 孟利. 秸秆预处理促进厌氧干发酵产沼气的研究进展[J]. 中国农学通报, 2025, 41(8): 76-82.

WANG Aolin, ZHANG Hongqiong, MENG Li. Research Progress on Straw Pretreatment in Anaerobic Dry Fermentation for Biogas Production[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(8): 76-82.

图/表 5

参考文献 67

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预处理方式	原料	预处理条件	效果	参考文献
粉碎预处理	玉米秸秆	物料粒径不超过5.0 mm	单位TS累计产气量最大为323.76 mL/g，是揉搓处理的1.10倍	[27]
盘磨机粗磨预处理	香蕉秸秆	物料平均纤维长度为2.70 cm	沼气产率比对照组提高17.36%	[28]
超声预处理	玉米秸秆	超声功率225 W，时间30 min	平均日产气量由17.66 L/d提高到21.42 L/d	[29]
超声预处理	小麦秸秆	超声频率37 kHz，时间30 min	甲烷产率比对照组提高21.95%	[30]
微波加热预处理	玉米秸秆	微波功率900 W，时间5 min	平均日产气量提高了31.33%	[31]
微波加热预处理	玉米秸秆	微波温度150℃，时间10 min	甲烷产率比对照组提高73.08%	[32]
蒸汽爆破预处理	油菜秸秆	蒸汽压强1.90 MPa，维压时间230 s，预浸水分含量30%	累积产气量是未经蒸汽爆破处理油菜秸秆的2.32倍	[33]
蒸汽爆破预处理	香蕉秸秆	蒸汽压强3.0 MPa，维压时间180 s	甲烷产量比对照组提高71.4%	[34]
水热预处理	水稻秸秆	初始含水率20%，预浸时间2 h， 120℃热水处理15 min	沼气产率比对照组提高38%	[35]
水热预处理	水稻秸秆	初始含水率55%，预浸时间2 h， 80℃热水处理时间6 h	容积产气率提高29.79%	[36]

预处理方式	原料	预处理条件	效果	参考文献
粉碎预处理	玉米秸秆	物料粒径不超过5.0 mm	单位TS累计产气量最大为323.76 mL/g，是揉搓处理的1.10倍	[27]
盘磨机粗磨预处理	香蕉秸秆	物料平均纤维长度为2.70 cm	沼气产率比对照组提高17.36%	[28]
超声预处理	玉米秸秆	超声功率225 W，时间30 min	平均日产气量由17.66 L/d提高到21.42 L/d	[29]
超声预处理	小麦秸秆	超声频率37 kHz，时间30 min	甲烷产率比对照组提高21.95%	[30]
微波加热预处理	玉米秸秆	微波功率900 W，时间5 min	平均日产气量提高了31.33%	[31]
微波加热预处理	玉米秸秆	微波温度150℃，时间10 min	甲烷产率比对照组提高73.08%	[32]
蒸汽爆破预处理	油菜秸秆	蒸汽压强1.90 MPa，维压时间230 s，预浸水分含量30%	累积产气量是未经蒸汽爆破处理油菜秸秆的2.32倍	[33]
蒸汽爆破预处理	香蕉秸秆	蒸汽压强3.0 MPa，维压时间180 s	甲烷产量比对照组提高71.4%	[34]
水热预处理	水稻秸秆	初始含水率20%，预浸时间2 h， 120℃热水处理15 min	沼气产率比对照组提高38%	[35]
水热预处理	水稻秸秆	初始含水率55%，预浸时间2 h， 80℃热水处理时间6 h	容积产气率提高29.79%	[36]

预处理方式	原料	预处理条件	效果	参考文献
真菌预处理	小麦秸秆	以20%的接种量接种黄孢原毛平革菌 (Phanerochaete chrysosporium Burdsall)处理10 d	沼气产量比对照组提高42%	[54]
	小麦秸秆	从自然界分离得到的木质素降解真菌培养物处理7 d	沼气产量是未处理组的5倍	[55]
	小麦秸秆	球毛壳菌(Chaetomium globosum)处理31 d	沼气产率比对照组提高31%	[56]
	玉米秸秆	36℃下绿色木霉(Trichoderma viride)处理2 d	甲烷产量比未处理组提高39.0%	[57]
细菌预处理	小麦秸秆	戴尔福特菌属(Delftia sp)处理3 d	沼气产率比未处理组提高66.1%	[58]
复合菌预处理	小麦秸秆	灰绿青霉(Penicillium glaucum)、米根霉(Rhizopus oryzae)、白腐菌、黄曲霉(Aspergillus flavus)和螺孢菌(Spirillum)处理30 d	累积产气量比未处理组提高181%	[59]
	玉米秸秆	从堆肥堆体中得到的复合菌系在50℃下处理7 d	甲烷体积比未处理组提高60.6%	[60]
	玉米秸秆	拟康氏木霉(Trichoderma pseudokoningii)TR2-35接种量1.0%，黄孢原毛平革菌PR2-24，接种量0.5%处理8 d	甲烷产量比未处理组提高93.63%	[61]

预处理方式	原料	预处理条件	效果	参考文献
真菌预处理	小麦秸秆	以20%的接种量接种黄孢原毛平革菌 (Phanerochaete chrysosporium Burdsall)处理10 d	沼气产量比对照组提高42%	[54]
	小麦秸秆	从自然界分离得到的木质素降解真菌培养物处理7 d	沼气产量是未处理组的5倍	[55]
	小麦秸秆	球毛壳菌(Chaetomium globosum)处理31 d	沼气产率比对照组提高31%	[56]
	玉米秸秆	36℃下绿色木霉(Trichoderma viride)处理2 d	甲烷产量比未处理组提高39.0%	[57]
细菌预处理	小麦秸秆	戴尔福特菌属(Delftia sp)处理3 d	沼气产率比未处理组提高66.1%	[58]
复合菌预处理	小麦秸秆	灰绿青霉(Penicillium glaucum)、米根霉(Rhizopus oryzae)、白腐菌、黄曲霉(Aspergillus flavus)和螺孢菌(Spirillum)处理30 d	累积产气量比未处理组提高181%	[59]
	玉米秸秆	从堆肥堆体中得到的复合菌系在50℃下处理7 d	甲烷体积比未处理组提高60.6%	[60]
	玉米秸秆	拟康氏木霉(Trichoderma pseudokoningii)TR2-35接种量1.0%，黄孢原毛平革菌PR2-24，接种量0.5%处理8 d	甲烷产量比未处理组提高93.63%	[61]

预处理方式	原料	预处理条件	效果	参考文献
化学+生物预处理	玉米秸秆	复合菌系处理2 d后再用2.67%的硫酸在122℃下处理38.45 min	沼气产量比对照组提高38.8%	[62]
物理+化学预处理	水稻秸秆	经饱和氧化钙浸泡后进行蒸汽爆破1.2 MPa，10 min	甲烷产量比未处理组提高20%	[63]
物理+化学预处理	玉米秸秆	双频超声30 min，2%NaOH处理1.5 d	甲烷产量比未处理组提高35.71%	[64]
化学+生物预处理	水稻秸秆	尿素处理25 d后用黄孢原毛平革菌和里氏木霉(Trichoderma reesei)在27℃下处理5 d	沼气产量比未处理组提高23.11%	[65]
物理+化学预处理	玉米秸秆	NaOH浓度6%，超声时间60 min，超声功率为360 kHz	累积产气量比对照组提高31.9%	[66]
物理+化学预处理	水稻秸秆	微波辅助氨化处理6 d	甲烷产量比未处理组提高25.43%	[67]

秸秆预处理促进厌氧干发酵产沼气的研究进展

Research Progress on Straw Pretreatment in Anaerobic Dry Fermentation for Biogas Production

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预处理方式	原料	预处理条件	效果	参考文献
碱预处理	水稻、小麦和黑麦秸秆	8%的NaOH处理24 h	甲烷产量分别提高了55%、40%和46%	[42]
碱预处理	水稻秸秆	1%的KOH和1%的NH₃·H₂O在30℃下处理2 d	甲烷产量比对照组提高75.8%	[43]
酸预处理	水稻秸秆	6%的H₃PO₄处理7 d	沼气产量是对照组的3.19倍	[44]
酸预处理	水稻秸秆	12.21%的柠檬酸处理60 min	沼气产量是未处理组的7.40倍	[45]
离子液体预处理	水稻秸秆	烷基咪唑离子液体[C₄mim]Cl，在120℃下处理2 h	沼气产率比对照组提高40.8%	[46]
离子液体预处理	水稻秸秆	NMMO在130℃下处理1 h	甲烷产量是未处理组的7.29倍	[47]
有机溶剂预处理	小麦秸秆	5%的丙酮处理7 d	累积产气量比对照组提高97%	[48]
有机溶剂预处理	小麦秸秆	50%的乙醇在180℃下处理60 min	甲烷产量比对照组提高15%	[49]

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