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

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

Abstract

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

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.

Figures/Tables 5

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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]