稻秸預(yù)處理厭氧強化產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸研究

艾　平　田啟歡　席　江　江　華　彭靖靖　楊志浩

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 武漢 430070； 2.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 成都 610041；3.鄂州市生態(tài)能源辦公室， 鄂州 436000)

0　引言

秸稈等木質(zhì)纖維素原料是最豐富并可持續(xù)利用的碳?xì)漕惿镔|(zhì)資源，其開發(fā)利用在替代石化能源、節(jié)能減排、改善環(huán)境、農(nóng)民增收等方面具有重要意義[1-2]。 近年來我國政府高度重視農(nóng)作物秸稈的資源化利用和綜合開發(fā)，秸稈沼氣工程也得到了迅速發(fā)展，但秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣工藝存在降解周期長、原料轉(zhuǎn)化效率低等不足[3]。在秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣基礎(chǔ)上進(jìn)行揮發(fā)性脂肪酸(Volatile fatty acids, VFAs)生產(chǎn)，是一種極具前景的新型高值化利用方向。

揮發(fā)性脂肪酸是在常壓下可蒸餾分離的C2-C6短鏈脂肪酸。厭氧發(fā)酵過程有水解、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷等三大步驟，揮發(fā)性脂肪酸主要是通過水解和產(chǎn)酸步驟形成并是下一步產(chǎn)甲烷的前體基質(zhì)[4]。厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸原理是在厭氧發(fā)酵的中期階段，通過添加甲烷菌抑制劑來阻斷產(chǎn)甲烷步驟的進(jìn)行，使厭氧發(fā)酵停留在產(chǎn)酸階段，以獲得高濃度的乙酸、丙酸、丁酸等混合型揮發(fā)性脂肪酸[5]。

厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸技術(shù)，也稱為揮發(fā)性脂肪酸平臺，具有反應(yīng)周期短，不需添加酶制劑，對工藝設(shè)備要求簡單，產(chǎn)品價值高、成本低等優(yōu)點。揮發(fā)性脂肪酸作為一種重要的有機碳源，用來合成復(fù)雜有機物。厭氧混合酸通過物理化學(xué)工藝分離提取后，可作為生物基的C2-C6的化工平臺原料，可替代原有的從不可再生的化石資源獲得C2-C6原料的途徑[6]。此外生物基的揮發(fā)性脂肪酸經(jīng)過進(jìn)一步的化工煉制可制取高分子聚合物、生物燃料、營養(yǎng)物、紡織品、醫(yī)用藥物等多種產(chǎn)品，用途廣泛[7]。相較于其他秸稈利用技術(shù)，如秸稈產(chǎn)乙醇的糖平臺、秸稈炭氣聯(lián)產(chǎn)的熱化學(xué)平臺等其他技術(shù)體系，揮發(fā)性脂肪酸平臺技術(shù)更具有效率高、能耗低、價值高等優(yōu)勢[8-9]。

目前厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的物料類型以工業(yè)有機廢水、城市厭氧活性污泥、餐廚廢棄物等為主[10-12]，由文獻(xiàn)[13-14]提出的MixAlco工藝，總產(chǎn)酸質(zhì)量濃度可以達(dá)到21.4 g/L，發(fā)酵底物干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率高達(dá)77%。當(dāng)以秸稈為產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸原料時，需選擇適宜的預(yù)處理方法，以有效破壞復(fù)雜的木質(zhì)纖維素交聯(lián)結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)預(yù)處理是有效的秸稈預(yù)處理方法，酸、堿處理能夠破壞細(xì)胞壁中半纖維素與木質(zhì)素之間的共價鍵，水熱也是一種綠色處理工藝[15]?？紤]到高溫處理存在能耗高和產(chǎn)生抑制產(chǎn)物等問題，采用較低濃度的稀酸稀堿在溫和條件(小于160℃)對秸稈進(jìn)行預(yù)處理的研究逐漸受到了更多關(guān)注，如采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2.5%的較低濃度HCl、Ca(OH)2在80～120℃對稻秸進(jìn)行處理，有效促進(jìn)了沼氣產(chǎn)率[13,16]。但應(yīng)用條件大多是以產(chǎn)甲烷或產(chǎn)乙醇為目的，而對厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的酸、堿、水熱等預(yù)處理方法的研究不足[17]。

厭氧生物轉(zhuǎn)化過程受發(fā)酵溫度影響顯著，厭氧產(chǎn)甲烷時多采用適宜產(chǎn)甲烷菌生長的35℃中溫或55℃高溫發(fā)酵。在厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸過程中，產(chǎn)酸菌群溫度耐受范圍高于產(chǎn)甲烷菌，除了55℃高溫發(fā)酵之外，65～80℃超高溫發(fā)酵在兩步發(fā)酵和產(chǎn)氫等研究中因其更高的水解效率、更高的氫氣產(chǎn)率、更好的穩(wěn)定性等逐漸吸引了更多關(guān)注[18-19]，但目前對溫度選取尚缺乏較為統(tǒng)一的認(rèn)識，如CAI等[20]得到城市污泥產(chǎn)酸發(fā)酵在60℃的揮發(fā)性脂肪酸濃度高于35℃，而CAVINATO等[21]以牛糞和玉米稈厭氧產(chǎn)酸時，37℃的揮發(fā)性脂肪酸濃度高于55℃。

因此，本研究以提高稻秸厭氧揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)率為目的，分別對稻秸采取水熱、稀酸、稀堿等預(yù)處理方法，并結(jié)合中溫35℃、高溫55℃、超高溫70℃等不同厭氧產(chǎn)酸溫度對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對產(chǎn)酸率及過程參數(shù)進(jìn)行分析，以期為稻秸厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸工藝應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

厭氧污泥取自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練基地穩(wěn)定運行的以豬糞及稻秸為主要發(fā)酵原料的厭氧發(fā)酵池，調(diào)整污泥的pH值為5～6，3 L污泥加入豬糞100 g，葡萄糖40 g馴化14 d。本試驗所用水稻秸稈來自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻試驗田，收割后自然風(fēng)干，粉碎機粉碎，過20目篩網(wǎng)常溫保存。接種物及稻秸原料物理特性如表 1所示。

表1　試驗原料組成特性Tab.1　Characterization of raw materials composition

1.2　預(yù)處理及厭氧發(fā)酵試驗設(shè)計

每組試驗取相同的稻秸300 g分別采取3種預(yù)處理方法：去離子水(121℃)、2%HCl(121℃)、1%Ca(OH)2(121℃)。各組固液比為10 mL/g，反應(yīng)時間為1 h，設(shè)置3個平行。預(yù)處理后將秸稈沖洗至中性，保存待用。

對上述3種預(yù)處理后的秸稈每組取37 g(干物質(zhì))進(jìn)行厭氧產(chǎn)酸試驗，分別采取3種發(fā)酵溫度：中溫35℃、高溫55℃、超高溫70℃。為抑制甲烷的產(chǎn)生，發(fā)酵起始階段添加160 μL質(zhì)量濃度為20 g/L的碘仿乙醇溶液作為甲烷抑制劑?？偣腆w質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，干物質(zhì)接種率10%，發(fā)酵時間14 d，采用500 mL血清瓶，有效體積為400 mL，均設(shè)3個平行組。

1.3　分析方法和設(shè)備

總固體和揮發(fā)性固體含量采用差重法測量；氣體體積采用排水集齊法收集測量；木質(zhì)素纖維素含量采用ANKOM A2000i型全自動纖維分析儀(美國)、范式法(Van soest)分析方法測定。

pH值采用METTLER TOLEDO FE28型 pH計進(jìn)行測定；化學(xué)需氧量(Chemical oxygen demand，COD)采用CM-03型便攜式COD測定儀(北京雙暉京承電子產(chǎn)品有限公司)測試；氣體成分檢測裝置：GC9790II型氣相色譜儀，TCD檢測器，使用5 A分子篩1.5 m不銹鋼填充柱和Hayesep Q型填充柱；揮發(fā)性脂肪酸檢測裝置：GC9790II型氣相色譜儀FID檢測器，KB-WAX型毛細(xì)管柱，30 m×0.32 mm×0.25 μm，載氣為氬氣和氫氣，進(jìn)樣口溫度250℃，柱箱溫度80℃,程序升溫，檢測器溫度250℃。碳氮分析采用Multi N/C 2100型總有機碳/總氮分析儀(德國)。

1.4　計算方法

1.4.1預(yù)處理計算方法

預(yù)處理主要對稻秸的固體失重及纖維素或半纖維素的回收率進(jìn)行計算，失重率、回收率計算式[22]為

(1)

(2)

式中W——失重率，%

M1、M2——預(yù)處理后樣品及原稻秸的干基質(zhì)量，g

R——回收率，%

M3、M4——預(yù)處理后樣品及原稻秸中干物質(zhì)、揮發(fā)分或纖維素、半纖維素質(zhì)量，g

1.4.2厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸指標(biāo)計算

為了系統(tǒng)評價稻秸厭氧發(fā)酵過程，引入秸稈轉(zhuǎn)化率[23]等參數(shù)對產(chǎn)酸過程進(jìn)行分析，其定義為

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中D——秸稈降解率，%

V*——厭氧發(fā)酵過程降解的秸稈揮發(fā)性固體質(zhì)量，g

V——發(fā)酵底物秸稈的揮發(fā)性固體質(zhì)量，g

Ps——單位底物秸稈揮發(fā)性固體產(chǎn)酸率，g/g

T——總揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量，g

Pd——單位降解的秸稈揮發(fā)性固體產(chǎn)酸率，g/g

DC——纖維素去除率，%

DH——半纖維素去除率，%

DL——木質(zhì)素去除率，%

C0、H0、L0——發(fā)酵底物秸稈初始的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素質(zhì)量，g

Ca、Ha、La——發(fā)酵產(chǎn)酸后秸稈殘渣纖維素、半纖維素和木質(zhì)素質(zhì)量，g

2　結(jié)果與討論

2.1　預(yù)處理條件對稻秸固體回收率和組分的影響

3種預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素成分特性如表2所示。與原稻秸相比，121℃水熱預(yù)處理的木質(zhì)纖維成分變化小，使得水熱預(yù)處理后總固體含量較高。2%HCl預(yù)處理后半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)從28.13%大幅度下降到4.11%，溶解了85 %的半纖維素，同時還溶解少部分的纖維素。1%Ca(OH)2預(yù)處理后的纖維素保留了98%，而半纖維素?fù)p失49.82%。而水熱預(yù)處理對木質(zhì)纖維素降解效果不明顯。2%HCl的失重率最高，為34.2%，高于水熱的13.67%和1%Ca(OH)2的13.43%。3種預(yù)處理具有較高纖維素回收率(84.95%～95.46%)，在預(yù)處理過程，稻秸失重率越低，纖維素/半纖維素回收率越高，越有利于厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸。試驗數(shù)據(jù)表明，Ca(OH)2預(yù)處理能夠保持較低的失重率，較高木質(zhì)素?fù)p失率，較高纖維素、半纖維素回收率，有利于厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸，應(yīng)優(yōu)先選取Ca(OH)2作為稻秸預(yù)處理手段。

2.2　各預(yù)處理組對厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸過程的影響

2.2.1可溶性有機物質(zhì)量濃度及pH值

稻秸中的纖維素、半纖維素等復(fù)雜化合物需要被水解為單體物質(zhì)(如糖類、氨基酸等可溶性有機物(sCOD))才能被微生物消化利用。圖1為厭氧發(fā)酵1 d后和發(fā)酵結(jié)束后的可溶性有機物質(zhì)量濃度，溫度高于70℃后稻秸溶解性較55℃有顯著提升，最大的發(fā)酵后可溶性有機物質(zhì)量濃度在1%Ca(OH)2預(yù)處理組獲得，為7 198 mg/L，堿處理對木質(zhì)素溶解作用可使得秸稈更易被利用。低于55℃時，3組預(yù)處理的發(fā)酵末期可溶性有機物質(zhì)量濃度變化范圍較小，表明較低溫度時稀酸稀堿預(yù)處理對厭氧發(fā)酵作用效果不佳。

表2　預(yù)處理前后稻秸的木質(zhì)纖維素組成及回收率Tab.2　Lignocelluloses composition and recovery of raw rice straw before and after pretreatment

圖1　厭氧發(fā)酵前后可溶性有機物質(zhì)量濃度變化Fig.1　Changes in sCOD mass concentration before and after anaerobic fermentation

圖2　發(fā)酵溫度對厭氧發(fā)酵液pH值的影響Fig.2　Effects of fermentation temperature on pH value of fermentation broth

pH值是影響厭氧微生物活性的顯著指標(biāo)，由于秸稈內(nèi)部受預(yù)處理試劑殘留影響，1%Ca(OH)2預(yù)處理組和2%HCl預(yù)處理組、水熱組初始pH值仍有較大差別(圖2)。1%Ca(OH)2預(yù)處理組雖然初始pH值高于8.5，但隨產(chǎn)酸進(jìn)行，pH值可自然下降至6.0、5.5、6.5等適宜產(chǎn)酸范圍，可見稀堿預(yù)處理后初始的弱堿性發(fā)酵可自動調(diào)節(jié)至中性或弱酸性的pH值范圍，為堿性發(fā)酵較酸性發(fā)酵更有利于厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸提供了更多理論證明[11]。水熱和2%HCl預(yù)處理組初始pH值為6.0左右，但末期pH值較為相近，降至4.7～5.3，過低的pH值會抑制微生物的活性，影響最終揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量。

一些研究認(rèn)為pH值也影響揮發(fā)性脂肪酸組分，YU等[24]發(fā)現(xiàn)，廢水經(jīng)厭氧發(fā)酵在pH值為4～4.5時揮發(fā)性脂肪酸含量中丙酸占主要成分，而當(dāng)pH值為6～6.5時則以乙酸和丁酸為主，可通過調(diào)整pH值實現(xiàn)不同組分揮發(fā)性脂肪酸的累積[25]。

2.2.2揮發(fā)性脂肪酸質(zhì)量濃度及組分

圖3　厭氧發(fā)酵過程中揮發(fā)性脂肪酸和乙醇質(zhì)量濃度Fig.3　Concentration of volatile fatty acids and ethonal in process of anaerobic fermentation

揮發(fā)性脂肪酸濃度受諸多因素的控制，比如發(fā)酵溫度、發(fā)酵底物固含率、微生物菌屬的種類等。一般溫度每增加10℃，菌群反應(yīng)速度增加2～3倍。部分產(chǎn)酸菌適宜溫度較高，如基維產(chǎn)乙酸菌和噬熱乙酸梭菌等菌種的最適生長溫度高于60℃。然而，在相同預(yù)處理條件下，35℃揮發(fā)性脂肪酸質(zhì)量濃度最高，并隨著溫度升高，揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)率降低，這與CAVINATO等[21]的研究結(jié)論一致，其在以牛糞和青貯玉米為混合原料時，55℃的揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化率為13.5 %，低于35℃的17%。JIANG等[23]發(fā)現(xiàn)在提高有機負(fù)荷時，揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化率也隨之下降。本研究中1%Ca(OH)2預(yù)處理組的中溫發(fā)酵的揮發(fā)性脂肪酸質(zhì)量濃度最高，隨著溫度的升高，揮發(fā)性脂肪酸質(zhì)量濃度從13.63 g/L下降到4.77 g/L和5.26 g/L，分別降低了186%和159%。而水熱組和2%HCl組受溫度變化影響較小，揮發(fā)性脂肪酸質(zhì)量濃度分別在0.96～4.43 g/L和0.84～3.13 g/L范圍波動。這種嗜溫和嗜冷條件下?lián)]發(fā)性脂肪酸產(chǎn)率更高的現(xiàn)象，是因為盡管高溫和超高溫時可獲得更多可溶性有機物，但其中含有較多如糖、氨基酸、長鏈脂肪酸等其他可溶性物質(zhì)而導(dǎo)致較低揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)率[26]。

揮發(fā)性脂肪酸各組分質(zhì)量濃度如圖3所示，乙酸為主要成分，其次是丁酸，而丙酸和戊酸質(zhì)量濃度相對較低。35℃時，1%Ca(OH)2預(yù)處理乙酸質(zhì)量濃度高達(dá)(11.64±0.47) g/L，水熱組和2%HCl預(yù)處理乙酸質(zhì)量濃度達(dá)到最大值，分別為(3.26±0.21)g/L和(1.91±0.16) g/L。水熱組乙酸占總酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.27%～98.53%，丙酸和丁酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6.25%～13.08%，7.91%～32.13%；2%HCl處理組，乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.20%～93.25%，丙酸占4.85%～13.08%，丁酸為8.55%～43.61%；1%Ca(OH)2中乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于75.60%，乙酸和丁酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在85%以上，因此均屬典型的丁酸性發(fā)酵，這也證明厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸時，溫度對揮發(fā)性脂肪酸組成沒有明顯影響[21]。

2.3　稻秸厭氧產(chǎn)酸過程參數(shù)分析

2.3.1發(fā)酵溫度和預(yù)處理條件對過程參數(shù)的影響

表3分別列出了不同預(yù)處理和發(fā)酵溫度條件下的稻秸降解率、產(chǎn)酸率及木質(zhì)纖維素降解率等參數(shù)。秸稈降解率在70℃時最高，因為較高溫度有利于稻秸的降解，但當(dāng)溫度低于55℃時，在35～55℃溫度范圍內(nèi)稻秸降解率沒有明顯差別。雖然70℃時稻秸降解率最高，但產(chǎn)酸率遠(yuǎn)低于35℃，以最佳的堿處理組而言，35℃的揮發(fā)性脂肪酸底物揮發(fā)分轉(zhuǎn)化率為0.25 g/g，而70℃時僅為0.09 g/g?？梢姡m然35℃時因為溫度較低使得秸稈降解率不高，但因該溫度下被降解的秸稈轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸的效率高，從而獲得了最高的產(chǎn)酸率，各預(yù)處理組單位降解揮發(fā)分固體產(chǎn)酸率在35℃和70℃分別為0.79～1.20 g/g和0.24～0.51 g/g。PARK等[27]以稻秸為底物時，底物揮發(fā)分產(chǎn)酸率在37℃時為183.2 g/kg，低于本研究中最佳的中溫堿處理組。相對于秸稈類物質(zhì)，餐廚廢棄物可產(chǎn)生的酸含量更多，JIANG等[23]在35℃和45℃的條件下分別產(chǎn)生379、440 g/kg。

表3　不同預(yù)處理稻秸化學(xué)組成和厭氧消化特性變化Tab.3　Changes in chemical composition and anaerobic digestion characteristics of rice straw with different pretreatments

不同預(yù)處理條件對揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化率影響從大到小為Ca(OH)2、HCl、水熱預(yù)處理。固體去除率與秸稈降解率規(guī)律一致，70℃超高溫時固體干物質(zhì)降解率在水熱、酸、堿預(yù)處理組分別為19.51%、14.23%和19.96%，大幅度高于中溫和高溫發(fā)酵，但是考慮纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等組分降解時，35℃時因產(chǎn)酸率更高，即產(chǎn)酸菌群作用更有效，使得該溫度下的三組分降解率并不低于70℃酸處理組，特別是在最佳的堿處理組在35℃時的木質(zhì)素和半纖維素去除率，分別為63.27%和30.46%，遠(yuǎn)高于70℃對應(yīng)的去除率46.92%和14.65%。HCl 能夠有效地降解半纖維素，2%HCl預(yù)處理組在35℃的半纖維素降解率為46.50%，明顯高于70℃的13.30%。Ca(OH)2預(yù)處理具有較高的木質(zhì)素去除率，主要因為Ca(OH)2能夠有效地溶解木質(zhì)素，從而改善微生物與木質(zhì)纖維素的接觸表面，35℃時Ca(OH)2的木質(zhì)素降解率為63.27%，遠(yuǎn)高于相同溫度的水處理組的12.45%和HCl處理組的12.40%。

2.3.2預(yù)處理和厭氧發(fā)酵過程質(zhì)量平衡

圖4　稻秸預(yù)處理及厭氧產(chǎn)酸殘渣的木質(zhì)纖維素質(zhì)量Fig.4　Lignocellulose mass contents of pretreated and AD digestate from rice straw

以100 g秸稈(干基)為基準(zhǔn)，經(jīng)過不同預(yù)處理及分別在3種溫度厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸后的殘渣木質(zhì)纖維素成分分析如圖4所示。厭氧產(chǎn)酸殘渣中，1%Ca(OH)2處理組的木質(zhì)纖維素質(zhì)量損失最大，即降解率最高，這與堿處理組相對水熱和2%HCl處理組的較高揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)率表現(xiàn)相一致。1%Ca(OH)2產(chǎn)酸殘渣隨發(fā)酵溫度升高，纖維素和半纖維素利用率減少，在35℃發(fā)酵溫度的堿處理殘渣木質(zhì)纖維素質(zhì)量最大，這也與35℃發(fā)酵溫度時產(chǎn)酸率最高相符合。水熱組中稻秸木質(zhì)纖維素降解率低，說明單獨水熱預(yù)處理對木質(zhì)纖維素產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸效果不理想。而HCl預(yù)處理組的產(chǎn)酸殘渣普遍木質(zhì)素含量偏高，纖維素質(zhì)量降解不理想。

由質(zhì)量分析可知，稻秸產(chǎn)酸殘渣中仍然保留大部分纖維素和半纖維素，如100 g原秸稈中纖維素和半纖維素總共71.51 g，而產(chǎn)酸殘渣的殘存纖維素和半纖維素總量均高于原秸稈的50%，如產(chǎn)酸率最高的35℃、1%Ca(OH)2組，其產(chǎn)酸殘渣的纖維素和半纖維素總和為38.81 g，占原秸稈相應(yīng)組分總量的54.27%，因此如何進(jìn)一步提高產(chǎn)酸率，或?qū)Ξa(chǎn)酸沼渣進(jìn)行二次利用以提高整體原料利用率，將是秸稈產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸技術(shù)體系中很有意義的研究方向。

3　結(jié)論

(1)溫度高于70℃后稻秸溶解性較55℃有顯著提升，最大的發(fā)酵后可溶性有機物質(zhì)量濃度值在1%Ca(OH)2預(yù)處理組獲得，為7 198 mg/L。低于55℃較低溫度時稀酸稀堿預(yù)處理對厭氧發(fā)酵作用效果不佳。1%Ca(OH)2預(yù)處理組雖然初始pH值高于8.5，但隨產(chǎn)酸進(jìn)行，初始的弱堿性發(fā)酵可自動調(diào)節(jié)至中性或弱酸性的pH值范圍，證明堿性發(fā)酵較酸性發(fā)酵更有利于厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸。

(2)1%Ca(OH)2預(yù)處理組中溫發(fā)酵的揮發(fā)性脂肪酸濃度最高，隨著溫度的升高，揮發(fā)性脂肪酸質(zhì)量濃度從13.63 g/L下降到4.77 g/L和5.26 g/L，分別降低了186%和159%。而水熱組和2%HCl組揮發(fā)性脂肪酸濃度受溫度變化影響較小。在嗜溫和嗜冷條件下?lián)]發(fā)性脂肪酸產(chǎn)率更高，是因為盡管高溫和超高溫時可獲得更高可溶性有機物質(zhì)量濃度，但其中含有較多其他可溶性物質(zhì)而導(dǎo)致較低揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)率。各處理組均屬于典型的丁酸性發(fā)酵，說明厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸時，溫度對揮發(fā)性脂肪酸組成沒有明顯影響。

(3)雖然35℃時因為溫度較低使得秸稈降解率不高，但因該溫度下被降解的秸稈轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸的效率高，所以獲得了最高的產(chǎn)酸率，各預(yù)處理組單位降解揮發(fā)分固體產(chǎn)酸率在35℃和70℃分別為0.79～1.20 g/g和0.24～0.51 g/g。最佳的堿處理組35℃的揮發(fā)性脂肪酸底物揮發(fā)分轉(zhuǎn)化率為0.25 g/g，而70℃時僅為0.09 g/g。不同預(yù)處理條件對揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化率影響從大到小為Ca(OH)2、HCl、水熱。

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