CN102604998B - 常温固态催化氨化预处理提高麦秸厌氧产气量的方法 - Google Patents

常温固态催化氨化预处理提高麦秸厌氧产气量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种常温固态催化氨化预处理提高麦秸厌氧产气量的方法，该方法是将含氨溶液与蒽醌混合，再加入小于秸秆干重2.5～5.5倍的水后，与粉碎的麦秸充分混合。混合后的麦秸仍为潮湿状固态，然后于密封袋中常温下保存4天，利用氨具有的挥发性使氨携带着蒽醌逐渐半附着于秸秆表面，使其发生催化-氨化反应。将预处理后的秸秆、接种泥和适量的水加入厌氧消化反应器中进行厌氧消化，整个厌氧消化过程需要25～35天。结果表明经过本发明预处理后的麦秸产气量明显提高，和只加了2％氨水氨化预处理麦秸相比，加蒽醌催化氨化后的麦秸单位TS产气量比未加蒽醌催化的高17～56.6％，厌氧消化时间缩短了41.42％，生物气中有效成分甲烷的含量提高3～10％左右，从而提高了厌氧消化反应器的生产效率。

Description

常温固态催化氨化预处理提高麦秸厌氧产气量的方法
技术领域
本发明涉及一种提高秸秆厌氧消化生物气产量的一种预处理方法，尤其涉及一种常温固态AQ催化氨化预处理提高麦秸厌氧消化生物气的方法。
背景技术
我国是世界上最大的农业国家，每年产生秸秆重量达7亿多吨，其中麦秸产生量为1.4亿吨左右，占总量的19.7％。除了较少部分作造纸以及其他原料外，大量秸秆被露天焚烧或者用于还田，严重影响环境质量以及交通运输安全，同时也造成了资源的浪费。
厌氧消化技术可以把秸秆转化为清洁能源，是实现资源能源化利用的一条有效途径。由于秸秆的木质纤维素含量较高，厌氧微生物对其降解能力有限，导致常规厌氧消化过程历时长，消化效率低，产气量少，投入产出效益差等，从而限制了秸秆用于生物气的大规模应用与发展。通过对麦秸进行预处理，可以提高其厌氧消化性能。
目前的预处理方法有物理、化学和生物法。常用的化学预处理法有酸化、碱化、氨化和氧化等。专利ZL03126286.4公开了秸秆生化饲料的生产方法，在温度50℃～260℃、压力为1～20个大气压下，利用3～5％的氨进行化学处理，然后蒸煮20～60分钟，之后降温，在发酵池内20℃～30℃下发酵15～20天，检查其饲料化的效果。预处理流程复杂，预处理在高温高压下进行，操作难度大，运行成本高，不易推广。
文献：马淑勍等.氨化预处理对稻草厌氧消化产气性能影响，农业工程学报，2011，27(6)：294-299.中采用NH3·H2O为预处理药剂，对麦秸进行中温(30℃)氨化预处理7天，再室温晾氨2～3天后用于厌氧消化？天；其氨化时间和晒氨时间合计为9～10天。该方法与未经氨化预处理的方法相比累计产气量提高了8～38％，其不足之处是氨化预处理时间较长。
为了更大限度地提高秸秆厌氧消化产气量，避免额外另加N源，更好的利用预处理药剂自身来调节厌氧消化过程中的C/N比，本发明采用常温固态蒽醌(Anthraquinone，AQ)催化-氨化预处理方法来提高秸秆厌氧消化产气量。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高秸秆厌氧消化产气量的方法。
本发明的具体制备方法如下：
A.将含氨溶液、催化剂和水均匀混合后喷洒在切碎的秸秆上，密封，在10～28℃下密封保存，在此期间每天测定密封袋中物料的pH，当pH值变化趋于稳定不再有明显变化时视为预处理完成，本方法的预处理时间为4天；
所述的秸秆为麦秸、玉米秸和稻草等农作物秸秆；经粉碎至≤2cm；经自然风干且没有发霉。
所述含氨溶液是NH3·H2O和NH4HCO3，其添加量以NH3和秸秆所含C/N为20～30∶1；
当以麦秸为原料时，其中NH3·H2O的添加量为麦秸干重的2～4％，NH4HCO3的添加量为麦秸干重的9～18％；
所述的催化剂为蒽醌(化学式：C14H8O2)，其用量为秸秆干重的0.05～0.1％；
所添加的水量应使秸秆总的含水量(包括秸秆本身含水、氨水中的水和额外添加的水)占秸秆干重的2.5～5.5倍；较佳的是3-4倍。
通常秸秆吸收其干重6倍的水时方为饱和，而本发明添加的水量没有全部浸湿秸秆，为半干状态，因此称为固态催化-氨化预处理；
B.将步骤A预处理后的秸秆与接种物一起加入厌氧发酵反应器中，再加入自来水至反应器总容积的80～90％形成厌氧反应液，封盖，使反应器内的物料保持在中30～35℃温度下进行厌氧反应，厌氧反应时间根据累积产气量占总产气量的80-90％而确定，本方法的厌氧反应时间为25～35天。
厌氧反应液中秸秆的质量浓度为5～10％，接种物质量浓度为15～30％。
所述的接种物为含有甲烷菌的厌氧消化液，如沼气池的厌氧消化液或污水处理厂的厌氧污泥等。
测定预处理前后和厌氧前后进出料的总固体含量TS和总挥发性固体VS，以及pH值等参数，用于评价蒽醌(AQ)催化-氨化预处理效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)由于蒽醌(AQ)的催化剂作用，秸秆氨化预处理的时间缩短到4天，与马淑勍等人的试验中预处理时间为7天并晒氨2～3天相比，本发明的预处理时间缩短了5～6天，预处理时间缩短了55.5％～60％。
2)在4天的预处理过程中，通过蒽醌(AQ)的催化作用和氨水氨化、碱化双重作用，有效地破坏了秸秆内木质纤维素的结构和改变其化学成分。和未加催化剂的2％氨水氨化预处理麦秸相比，加蒽醌(AQ)催化-氨化后的麦秸单位TS(麦秸干重)产气量比未加蒽醌(AQ)催化的高17％～56.6％，生物气中有效成分甲烷的含量提高3～10％左右。
3)经蒽醌(AQ)催化-氨化预处理的累计产气量达到总产气量的80％时所用时间即T80为20.5天，未经蒽醌AQ催化预处理的麦秸累计产气量达到T80所需时间为35天，厌氧消化时间缩短了41.42％，从而可以提高厌氧消化反应器的生产效率提高了近一倍，大大减少了工程投资。
4)相对于液态化学预处理，蒽醌AQ催化-氨化预处理不仅免除了处理液净化回用的能耗，而且大大简化了处理设备，此法无需另加N源调节C/N比，大大节省了运行成本，更适于规模化生产。
附图说明
图1蒽醌AQ催化-氨化预处理过程中pH值随时间的变化图；
图2实施例1中三种实验配方与对比例的日产气量图；
图3实施例2中三种实验配方与对比例的日产气量图；
图4实施例3中三种实验配方与对比例的日产气量图；
图5实施例4中三种实验配方与对比例的日产气量图。
具体实施方式
下面实验所用的发酵原料是经粉碎机粉碎至≤2cm麦秸，厌氧发酵反应器的体积为1.5L，麦秸添加量为有效容积的6.5％。接种污泥的添加量MLSS(悬浮固体含量)为15g/L。所用蒽醌的纯度为98.5％。
实施例1
称取3份麦秸，每份麦秸为97.5g(以TS计)，分别将占麦秸干重的2％、3％、4％的NH3·H2O和0.04875g蒽醌(占麦秸干重的0.05％)混合，再分别加入292.5g水(相当于3倍于麦秸干重的水)使NH3·H2O和蒽醌相互混合，均匀混合后分别喷洒在切碎的麦秸上，放于密封袋中，在15℃下密封保存4天。
同时以2％NH3·H2O不加蒽醌预处理麦秸作对照。
预处理后的原料与200g(以MLSS为15g/L计)接种物污泥混合加到厌氧发酵反应器中，加水定容到反应器的有效体积1.5L。将反应器密封于35℃厌氧反应55天，每天测定日产气量和甲烷含量，结果见图2。实验结束后计算累积产气量(即总产气量)、单位TS产气量和VS产气量，实验结果如下表1所示：
表1
  预处理麦秸条件   总产气量/L   达到T80的时间/d   单位TS产气量/L   单位VS产气量/L
  2％NH3·H2O+0.05％蒽醌   33.22   27   340.72   390.82
  3％NH3·H2O+0.05％蒽醌   35.06   28   283.9   318.85
  4％NH3·H2O+0.05％蒽醌   37.5   27   384.62   441.18
  对比例2％NH3·H2O   23.9   35   245.64   288.99
由图2和表1可见，与对比例相比，加入0.045875g蒽醌和NH3·H2O氨化预处理的后厌氧消化时间缩短了20％～22.86％，总产气量提高了38.99％～56.90％。单位TS产气量比2％氨提高了15.97％～56.58％，单位VS产气量比2％氨提高了10.33％～52.66％。加入催化剂预处理不仅能很大的提高产气量，而且能缩短反应周期，很好的减少产气成本。
实施例2
称取3份麦秸，每份麦秸为97.5g(以TS计)，分别将占麦秸干重的2％、3％、4％的NH3·H2O和0.0975g蒽醌(占麦秸干重的0.1％)混合，再分别加入390g水(相当于4倍于麦秸干重的水)使NH3·H2O和蒽醌相互混合，均匀混合后分别喷洒在切碎的麦秸上，放于密封袋中，在20℃下密封保存4天。
同时以2％NH3·H2O不加蒽醌预处理麦秸作对照。
预处理后的原料与200g(以MLSS为15g/L计)接种物污泥混合加到厌氧发酵反应器中，加水定容到反应器的有效体积1.5L。将反应器密封于35℃厌氧反应55天，每天测定日产气量和甲烷含量，结果见图3。实验结束后计算累积产气量(即总产气量)、单位TS产气量和VS产气量，实验结果如表2所示：
表2
  预处理麦秸条件   总产气量/L   达到T80的时间/d   单位TS产气量/L   单位VS产气量/L
  2％NH3·H2O+0.1％蒽醌   28.01   34   287.28   329.53
  3％NH3·H2O+0.1％蒽醌   27.95   33   359.59   389.64
  4％NH3·H2O+0.1％蒽醌   34.67   27   355.59   407.88
  对比例2％NH3·H2O   23.9   35   245.64   288.99
由图3和表2可见，与对比例相比，加入0.0975g蒽醌和NH3·H2O氨化预处理的麦秸厌氧消化时间缩短了2.86％～22.86％，总产气量提高了16.74％～46.03％。单位TS产气量比2％氨提高了16.97％～42.95％，单位VS产气量比2％氨提高了14.33％～38.47％。在预处理过程中催化剂的加入能很好的发挥催化作用，有效提高产气量，并缩短产气周期。
实施例3：
称取3份麦秸，每份麦秸为97.5g(以TS计)，分别将占麦秸干重的9％、13.5％、18％的NH4HCO3和0.04875g蒽醌(占麦秸干重的0.05％)混合，再分别加入487.5g水(相当于5倍于麦秸干重的水)使NH4HCO3和蒽醌相互混合，均匀混合后分别喷洒在切碎的麦秸上，放于密封袋中，在25℃下密封保存4天。
同时以2％NH3·H2O不加蒽醌预处理麦秸作对照。
预处理后的原料与200g(以MLSS为15g/L计)接种物污泥混合加到厌氧发酵反应器中，加水定容到反应器的有效体积1.5L。将反应器密封于35℃厌氧反应55天，每天测定日产气量和甲烷含量，结果见图4。实验结束后计算累积产气量(即总产气量)、单位TS产气量和VS产气量，实验结果如表3所示：
表3
  预处理麦秸条件   总产气量/L   达到T80的时间/d   单位TS产气量/L   单位VS产气量/L
  9％NH4HCO3+0.05％蒽醌   35.64   20.5   365.54   419.29
  13.5％NH4HCO3+0.05％蒽醌   34.05   30   333.33   361.19
  18％NH4HCO3+0.05％蒽醌   35.20   25.5   361.03   414.12
  对比例2％NH3·H2O   23.9   35   245.64   288.99
由图4和表3可见，与对比例相比，加入0.04875g蒽醌和NH4HCO3氨化预处理的麦秸厌氧消化时间缩短了4.08％～41.43％，总产气量提高了16.74％～46.03％。单位TS产气量比2％氨提高了35.7％～48.81％，单位VS产气量比2％氨提高了24.98％～45.09％，在该实施例中催化剂同样发挥了很大的作用，有效的提高了产气量和产气效率。
实施例4：
称取3份麦秸，每份麦秸为97.5g(以TS计)，分别将占麦秸干重的9％、13.5％、18％的NH4HCO3和0.0975g蒽醌(占麦秸干重的0.1％)混合，再分别加入536.25g水(相当于5.5倍于麦秸干重的水)使NH4HCO3和蒽醌相互混合，均匀混合后分别喷洒在切碎的麦秸上，放于密封袋中，在28℃下密封保存4天。
同时以2％NH3·H2O不加蒽醌预处理麦秸作对照。
预处理后的原料与200g(以MLSS为15g/L计)接种物污泥混合加到厌氧发酵反应器中，加水定容到反应器的有效体积1.5L。将反应器密封于35℃厌氧反应55天，每天测定日产气量和甲烷含量，结果见图5。实验结束后计算累积产气量(即总产气量)、单位TS产气量和VS产气量，实验结果如表4所示：
表4
  预处理麦秸条件   总产气量/L   达到T80的时间/d   单位TS产气量/L   单位VS产气量/L
  9％NH4HCO3+0.1％蒽醌   34.02   22   348.92   400.24
  13.5％NH4HCO3+0.1％蒽醌   32.50   24   349.23   378.42
  18％NH4HCO3+0.1％蒽醌   32.97   29.5   338.15   387.88
  对比例2％NH3·H2O   23.9   35   245.64   288.99
由图5和表4可见，与对比例相比，加入0.0975g蒽醌和NH4HCO3氨化预处理的麦秸厌氧消化时间缩短了15.71％～37.14％，总产气量提高了35.98％～42.35％。单位TS产气量比2％氨提高了37.66％～42.17％，单位VS产气量比2％氨提高了30.9％～48.49％。少量的催化剂应用到预处理中，不仅提高产气量，而且缩短了产气周期，有着更实际的应用前景。

Claims (4)

1.一种常温固态催化氨化预处理提高麦秸厌氧产气量的方法，具体步骤如下：
A.将含氨溶液、催化剂和水均匀混合后喷洒在切碎的麦秸上，密封，在10～28℃下密封保存，在此期间每天测定物料的pH，当pH值变化趋于稳定不再有明显变化时视为预处理完成；
所述的麦秸需经粉碎机粉碎至≤2cm；
所述含氨溶液是NH3·H2O和NH4HCO3，其添加量以NH3和麦秸所含C/N为20～30：1；
所述的催化剂为蒽醌，其用量为麦秸干重的0.05～0.1％wt；
所添加的水量应使麦秸总的含水量占麦秸干重的2.5～5.5倍；
通常麦秸吸收其干重6倍的水时方为饱和，而本发明添加的水量没有全部浸湿麦秸，为半干状态，因此称为固态催化-氨化预处理；
B.将步骤A预处理后的麦秸与接种物一起加入厌氧发酵反应器中，再加入自来水至反应器总容积的80～90％形成厌氧反应液，封盖，使反应器内的物料保持在中30～35℃温度下进行厌氧反应25～35天；
厌氧反应液中麦秸的质量浓度为5～10％，接种物质量浓度为15～30％。
2.根据权利要求1所述的常温固态催化氨化预处理提高麦秸厌氧产气量的方法，其特征是步骤A的预处理时间为4天；其中NH3·H2O的添加量为麦秸干重的2～4％，NH4HCO3的添加量为麦秸干重的9～18％。
3.根据权利要求1所述的常温固态催化氨化预处理提高麦秸厌氧产气量的方法，其特征是步骤A所添加的水量应使麦秸总的含水量占麦秸干重的3-4倍。
4.根据权利要求1所述的常温固态催化氨化预处理提高麦秸厌氧产气量的方法，其特征是步骤B所述的接种物是沼气池的厌氧消化液或污水处理厂的厌氧污泥。
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氨化预处理对稻草厌氧消化产气性能影响;马淑勍等;《农业工程学报》;20110630;第27卷(第6期);摘要，第294页1.1原料，第295页左栏 *
组合预处理对玉米秸厌氧消化产气性能影响研究;王苹;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20110131;第1、12、15-27页 *

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