CN102586335A - 一种氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种农业生产技术领域的氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，通过将小麦秸秆依次进行氨预处理、生物预处理后进行完全混合式厌氧发酵来产沼气。本发明实现利用小麦秸秆高效稳定的制取沼气。它的特点是发酵周期短，产气稳定，产气量大，产气中甲烷含量高，解决了小麦秸秆废弃物厌氧消化产气困难的问题，为小麦秸秆资源化、能源化利用提供了切实可行的参考。

Description

一种氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法
技术领域
本发明涉及的是一种农业生产技术领域的方法，具体是一种氨-生物联合处理小麦秸秆制取沼气的方法。
背景技术
小麦作为我国北方主要的农作物之一，小麦秸秆资源量占秸秆总资源量的18.31％。我国秸秆利用率只占发达国家利用率的35％左右。由于没有得到很好的利用，近年来各地大面积焚烧秸秆的现象时常发生，秸秆燃烧热值低，不仅造成资源浪费，而且污染环境，毁坏树木和耕地。因此，寻求一种可利用秸秆进行循环利用的方式已经成为我国迫切需要解决的问题。
对秸秆进行预处理，打破秸秆中纤维素、半纤维素和木质素形成的晶体结构，使微生物能有效的、快速的运用底物进行发酵代谢是秸秆厌氧发酵一项关键的技术。通常来讲，秸秆预处理的方法有三种：物理法，生物法和化学法。小麦秸秆是一个木质纤维素的复合结构，经过测定，秸秆中通常含有33％的纤维素，35％的半纤维素，18％的木质素以及14％的灰分。小麦秸秆中含有0.4％的N元素。秸秆中的C∶N约为75∶1。木质纤维素结构，比如说秸秆，是很难进行生物降解的。对秸秆进行预处理，比如说机械处理，热处理，化学强酸强碱处理以增强秸秆的降解能力是很有必要的。对秸秆预处理是提高秸秆利用率和产气率的一种有效手段，成为目前秸秆沼气利用研究的重要内容。秸秆预处理研究体现在营养调节和质地改善两个方面。营养调节通常是调整碳氮比，主要的方法是将碳氮含量不同的发酵原料混和发酵，例如畜禽粪便；或添加一些化学试剂，如尿素或碳酸氢铵，从而调节营养比例以适合产甲烷微生物的生长。质地的改善主要有物理、化学和生物方法，这些方法都是通过改变或改善秸秆的结构和质地来提高秸秆原料的利用率。
专利公开号为102154374A的中国发明专利，名称为酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法(申请号：201010618326.2申请日：2010-12-30)，该专利提供了一种农业生产技术领域的酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法，通过将水稻秸秆经酸预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气。但是，经过酸化后的秸秆应用到厌氧发酵的过程中，容易产生糠醛等抑制物，抑制厌氧发酵的进行。此外，酸预处理的成本过高，厌氧发酵周期过长，不适合实际工程的利用。
中国专利申请号为201110344086.6，该专利公开了一种利用氨预处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，提高了效率，本发明在该专利技术的基础上，结合生物预处理进一步提高发酵效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，解决了小麦秸秆发酵中效率低的问题，缩短了发酵周期。
本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明通过将小麦秸秆依次进行氨预处理、生物预处理后进行完全混合式厌氧发酵来产沼气。
所述的小麦秸秆是指：经洗净并在自然晾干后切成2～3cm长的小段的小麦秸秆。
所述的氨预处理是指：采用浓度为35～50g/L的尿素溶液，按照小麦秸秆的质量与尿素溶液的体积比例为50g∶200ml混合，并密封置于30℃的温度下处理。
所述的生物预处理是指：采用黄孢原毛平革菌和里氏木霉，按照两种菌的孢子数为1×106个∶1×106个～1×109个∶1×109个，预处理的pH值为4～5，并密封置于27℃的温度下处理。
所述氨预处理密封置于30℃的温度下处理时间为25天。
所述生物预处理密封置于27℃的温度下处理时间为6天。
所述的完全混合式厌氧发酵是指：将氨处理过后的小麦秸秆置于发酵罐中，然后调节碳氮比为20∶1～30∶1，发酵罐中加入质量为总发酵液质量30％的接种物，调节初始pH值至6.8～7.4，最后置于恒温水浴中厌氧发酵。
所述的调节碳氮比是指：采用碳酸氢铵进行调节。
所述调节初始pH值至6.8～7.4是指：用5mol/L的HCL调节初始pH值至6.8～7.4。
所述的恒温水浴是指：在38℃环境下恒温搅拌，搅拌速度为100转/分钟。
所述厌氧发酵时间为22天。
所述接种物为活性污泥，取自正常发酵的沼气系统的发酵残余物。
本发明提高了小麦秸秆资源化、能源化和无害化的效率，将构成环境污染的小麦秸秆转化成一种优质可观的清洁能源，处理小麦秸秆操作简单，并且费用低廉，需要的条件温和，与直接利用小麦秸秆进行沼气发酵相比，提高了总产气量、甲烷含量和缩短了发酵周期，产气更加稳定，解决了小麦秸秆发酵效率低的问题。通过试验验证得出采用氨-生物联合处理的小麦秸秆在进行厌氧发酵过程中，pH始终维持在7～8之间，对发酵液的酸化有很好的调节作用。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例中所采用的发酵装置由发酵瓶、集气瓶、收集瓶、恒温水浴振荡器等部分组成，其发酵瓶为1000mL的三角瓶，瓶上用大小合适的硅胶塞塞上密封，在硅胶塞上钻两个空，一个分别接上两根大小合适的玻璃管，一根与集气瓶的导管连接，另一根作为取样管。集气瓶为1000mL的三角瓶，瓶中装满饱和食盐水，瓶上用大小合适的硅胶塞塞上密封，在硅胶塞上钻两个空，一个分别接上两根大小合适的玻璃管，一长一短，长的伸入液面以下与后面的收集瓶相连，短管与前面的发酵瓶相连，收集瓶为1000mL普通玻璃瓶，连接管均用Φ8mm的硅胶管，并用凡士林密封。当发酵瓶中产生沼气后，气体通过导管进入集气瓶中，由于气压比集气瓶大，故将液体压出进入收集瓶，通过测量收集瓶中液体的体积，就得到产气的体积。
本实施例具体实施步骤如下：
(1)将原料小麦秸秆洗净，并在自然条件下晾干，将其切成2～3cm的小段；
(2)取步骤(1)所得的原料50g加入到塑料桶中，加入浓度为35g/L的尿素溶液，其中小麦秸秆的质量与尿素溶液的体积比例为50g∶200mL。同时设置对照组(加入200mL蒸馏水不加尿素溶液)，然后在塑料桶上铺上保鲜膜，盖上盖子，放置于30℃的温度下处理25天；
(3)取步骤(2)所得的小麦秸秆，用5mol/L的HCL溶液调节pH值分别至3，4，5，6，7。通过之前预试验可知，黄孢原毛平革菌和里氏木霉在培养6天后可达到试验需求，按照两种菌的孢子数为1×106个∶1×106个～1×109个∶1×109个，经过菌种计数后，确定黄孢原毛平革菌和氏木霉的添加量，调配好后放置在塑料桶内，再添加5g葡萄糖，方便微生物的启动，用塑料薄膜密封后放入27℃的恒温箱内，放置6天，6天后将样品组放入高温灭菌锅内，在121℃，20min的条件下进行灭菌。试验重复2次。
(4)测得步骤(3)所得原料的TS，设置加入秸秆的质量使秸秆的TS为48g，投入到发酵装置中，加入接种物240g和相应质量的蒸馏水，其中接种物的量占总发酵液质量的30％，发酵料液总固体含量质量分数为6％，其中总发酵液的质量为800g；本实施例中接种物为活性污泥，取自上海市崇明岛前卫村以猪粪为发酵原料正常发酵的沼气系统的发酵残余物，其总固体含量质量分数为10.47％，含水率质量分数为89.53％。
(5)调节步骤(4)中原料的碳氮比分别为25∶1；
(6)对步骤(5)的原料用5mol/L的HCL调节初始pH值至7.0；
(7)密封发酵装置，并将其置于恒温水浴中厌氧发酵22天，温度控制在38℃，并将发酵装置与排水装置连接，并进行连续搅拌，搅拌速度为100转/分钟；
(8)采用排水法测沼气的体积，并每天用量筒测量气体体积，每5天取一次气样检测其甲烷的含量。
上述实施例效果为：在总产气时间为22天中，生物处理pH值为3，4，5，6四组发酵产气总体积分别为6975mL、9448mL、9349mL、7634mL，对照组气体总体积为6972mL，最高产气量的试验组较对照组提高了35.51％。甲烷含量也得到了大幅度提升，其中pH＝4的处理组为最高，最高甲烷含量为54.64％，较对照组提高了3.62％。
应当指出的是，以上是本发明的优选实施例，本发明还有其他的实现方式，比如在本发明所述范围内变化其中的工艺参数、物料的比例关系等，这对于本领域的技术人员来说是很容易实现的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征在于，通过将小麦秸秆依次进行氨预处理、生物预处理后进行完全混合式厌氧发酵来产沼气。
2.根据权利要求1所述的氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的小麦秸秆是指：经洗净并在自然晾干后切成2～3cm长的小段的小麦秸秆。
3.根据权利要求1所述的氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的氨预处理是指：采用浓度为35～50g/L的尿素溶液，按照小麦秸秆的质量与尿素溶液的体积比例为50g∶200mL混合，并密封置于30℃的温度下处理；所述的生物预处理是指：采用黄孢原毛平革菌和里氏木霉，按照两种菌的孢子数为1×106个∶1×106个～1×109个∶1×109个，预处理的pH值为4～5，并密封置于27℃的温度下处理。
4.根据权利要求3所述的氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征是，氨预处理中所述密封置于30℃的温度下处理时间为25天；生物预处理中所述密封置于27℃的温度下处理时间为6天。
5.根据权利要求1-4任一项所述的氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的完全混合式厌氧发酵是指：将氨-生物联合处理过后的小麦秸秆置于发酵罐中，然后调节碳氮比为20∶1～30∶1，发酵罐中加入质量为总发酵液质量30％的接种物，调节初始pH值至6.8～7.4，最后置于恒温水浴中厌氧发酵。
6.根据权利要求5所述的氨预处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的调节碳氮比是指：采用碳酸氢铵进行调节。
7.根据权利要求5所述的氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征是，所述调节初始pH值至6.8～7.4是指：用5mol/L的HCL调节初始pH值至6.8～7.4。
8.根据权利要求5所述的氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的恒温水浴是指：在38℃环境下恒温搅拌，搅拌速度为100转/分钟。
9.根据权利要求5所述的氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征是，所述厌氧发酵时间为22天。
10.根据权利要求5所述的氨-生物联合处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，其特征是，所述接种物为活性污泥，取自正常发酵的沼气系统的发酵残余物。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103436560A (zh) * 2013-08-21 2013-12-11 太仓碧奇新材料研发有限公司 一种植物藤蔓发酵糖液的制备方法
CN105255953A (zh) * 2015-10-09 2016-01-20 淮阴工学院 物理-化学-生物预处理玉米秸秆的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1888073A (zh) * 2005-06-27 2007-01-03 北京合百意生态能源科技开发有限公司 复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法
CN101775359A (zh) * 2009-01-13 2010-07-14 刘相梅 一种直接分解农作物秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂制备及其应用方法
CN102154374A (zh) * 2010-12-30 2011-08-17 上海交通大学 酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1888073A (zh) * 2005-06-27 2007-01-03 北京合百意生态能源科技开发有限公司 复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法
CN101775359A (zh) * 2009-01-13 2010-07-14 刘相梅 一种直接分解农作物秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂制备及其应用方法
CN102154374A (zh) * 2010-12-30 2011-08-17 上海交通大学 酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
罗洁: "生物传感与实时荧光定量技术检测堆肥微生物酶编码基因的研究", 《湖南大学硕士学位论文》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103436560A (zh) * 2013-08-21 2013-12-11 太仓碧奇新材料研发有限公司 一种植物藤蔓发酵糖液的制备方法
CN105255953A (zh) * 2015-10-09 2016-01-20 淮阴工学院 物理-化学-生物预处理玉米秸秆的方法
CN105255953B (zh) * 2015-10-09 2018-12-25 淮阴工学院 物理-化学-生物预处理玉米秸秆的方法

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