CN104826855A - 一种对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法，具体为：将秸秆粉碎后，以污水废液调节物料含水率，常温浸润2h，然后密封，80℃保温处理6-24h，即获得厌氧发酵的秸秆预处理物料；本发明方法简单易行，可有效缩短厌氧发酵周期，增加甲烷产气率，同时降低污水废液无害化处理的环保压力，提高农作物秸秆能源转化效率，降低沼气工程建设及运行成本。

Description

一种对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法

技术领域

    本发明涉及厌氧发酵领域，特别是一种对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法。

背景技术

    化石资源的日益枯竭和秸秆焚烧引起日益严重的环境问题，以农作物秸秆为原料制取二次生物质能源沼气，已经成为国内外可再生能源与有机废弃物资源化研究领域的热点之一。农作物秸秆属于木质纤维类材料，在厌氧发酵产沼气的过程中，由于半纤维素和纤维素在结构上受到疏水性强、难降解木质素成分包裹，并通过醚键、酯键等与前两者结合在一起，限制了纤维素酶、聚木糖酶等水解酶对纤维素和半纤维素的作用，从而影响酶解的糖化率和后续产甲烷效率。因此，研究低本高效及环保型预处理技术对秸秆沼气产业发展意义重大。

    秸秆预处理目的主要是通过各种物理、化学或者生物的方法除去其中木质素和半纤维素, 降低纤维素的结晶度, 增加秸秆各组分与酶的可接触性, 从而提高秸秆的酶水解，预处理效果好坏是酶解经济性的重要制约因素之一。常用的木质纤维原料预处理方法包括物理法、化学法、生物化学法以及几种方法的联合，如：公开号为CN102399825 A的专利，提供了一种氨预处理小麦秸秆后再进行完全混合式厌氧发酵制取沼气的方法；公开号为CN102154374 A的专利，提供了一种以酸预处理水稻秸秆后再进行完全混合式厌氧发酵产沼气的方法；公开号为CN101519668 A的专利中，秸秆预处理的方法为先将秸秆切碎后转入汽爆设备中进行汽爆，得到粉末状和丝状汽爆秸秆物料，再将汽爆秸秆物料在厌氧生物气反应器中进行厌氧发酵产沼气；公开号为CN102367458 A的专利，则提供了一种以NaOH预处理芦笋秸秆再制取沼气的方法；这些预处理方法中，或者设备昂贵，操作时高温高压条件使得作业风险增加（如汽爆处理），或者采用化学药剂（酸或碱），不但存在设备腐蚀问题，且需要大量的水对预处理后的原料进行清洗或需要大量的酸或碱进行中和处理，当用水清洗时，不仅损失秸秆中可溶性有机物，影响后续沼气产量，而且后续污水必须经进一步处理；而当用酸或碱中和时，又会产生大量的钠离子和氯离子等抑制物，影响厌氧发酵微生物生长繁殖产生沼气；此外，对于经过酸处理的秸秆进行厌氧发酵时，容易产生糠醛等抑制物，抑制厌氧发酵进行。

发明内容

   针对上述问题，提供一种对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法，以提高秸秆原料利用率及转化速率，缩短厌氧发酵周期，增加产气率，本发明是这样实现的：

   一种对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（a）将秸秆粉碎后，置于容器中，以污水废液调节物料含水率为60%，常温浸润2h；

（b）以塑料薄膜密封容器，塑料薄膜表面设有通气孔，80℃保温处理6-24h，即获得秸秆厌氧发酵的湿热预处理物料。

   进一步，本发明中，所述秸秆至少包括玉米秸秆、麦秸、稻秸、高粱杆、棉花杆中的一种。

   进一步，本发明中，所述污水废液是指粪尿液、生活污水、沼液、或养殖场冲洗水及处理尾水。

  进一步，本发明中，所述将秸秆粉碎是指，将秸秆粉碎至每段长度小于5cm。

  进一步，本发明中，所述通气孔是指直径为2mm的圆孔。

本发明是通过浸湿润胀和高温破坏秸秆物料化学组分，增加秸秆原料表面的可接触比表面积，从而加快厌氧厌氧发酵产沼气，缩短了厌氧发酵周期；预处理过程中无需添加酸或碱等化学药剂，避免了化学药剂对发酵设备和管道的腐蚀，且不产生在影响沼气厌氧发酵微生物生长繁殖的抑制物质；预处理过程中所添加的污水废液（人粪尿、生活污水、养殖场冲洗水及处理尾水或沼液），属于碳氮比较小的有机废弃物，与高碳氮比的秸秆原料可实现养分互补，且污水废液属于高含水率物料，秸秆属低含水率物料，其混合后再进行厌氧发酵不仅可以提高沼气产率，而且可以大大降低污水废液无害化处理的环保压力；通过本发明的预处理过程，可提高农作物秸秆能源转化效率，缩短后续秸秆厌氧厌氧发酵周期，降低沼气工程建设及运行成本。

附图说明

图1为实施例厌氧发酵产沼气示意图。

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实施例所公开的方式。

实施例1

1、秸秆预处理

（1）将风干的稻秸粉碎至每段长度小于5cm，测定其含水率为12.38%；

（2）分别取80g步骤1获得的原料加入4个2L容器中，分别加入猪粪发酵沼液调节物料含水率为60%，搅拌物料使其混合均匀，于常温条件下使物料自然浸润2小时；

（3）以塑料薄膜密封容器，塑料薄膜表面以锐利物戳1-2个2mm通气孔，将4个容器分别编号1-4组，将2-4组置于80℃恒温箱中，分别恒温处理6h、12h和24h，1组不做处理；处理完毕后分别测定各组秸秆含水率。

2、秸秆厌氧厌氧发酵

   实验组：以上4组预处理物料

   对照组：粉碎至2-3cm，含水率为12.38%的稻秸

   分别称取秸秆干物质量为36g所需的实验组与对照组秸秆重量，依据《底物浓度和接种率对稻秸沼气启动的影响》（杜静等，农业环境科学学报，2011,30（7）：1456-1459）所公开的方法，进行秸秆厌氧厌氧发酵。

   厌氧发酵0-15d期间每间隔1天测定1次甲烷含量，15d以后每间隔5天测定1次，分别计算各组平均容积产气率和20d累积干物质产气率，结果如表1所示：

                 表1 沼气厌氧发酵结果

   由表1可见，实验组较对照组平均容积产气率分别提高-20.34%、11.86%、13.56%和15.25%，20d累积干物质产气率分别提高19.15%、36.17%、37.68%和40.31%，说明经过步骤1湿热预处理的秸秆，可有效提高产沼气量。同时试验还发现，如图1所示，实验组1-4和对照组达总产气量80%的厌氧发酵周期分别为22天、20天、19天、 18天和26天，表明秸秆经湿热预处理后，可加快产气速率，缩短产气周期。

     在具体操作过程中，秸秆原料可以为玉米秸秆、麦秸、稻秸、高粱杆、棉花杆中的一种或多种；污水废液可以使用粪尿液、生活污水、沼液或养殖场冲洗水及处理尾水，其均属于碳氮比较小的有机废弃物，与秸秆原料养料互补，实现发明之目的。

Claims (5)

1.一种对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（a）将秸秆粉碎后，置于容器中，以污水废液调节物料含水率为60%，常温浸润2h；

（b）以塑料薄膜密封容器，塑料薄膜表面设有通气孔，80℃保温处理6-24h，即获得厌氧发酵的秸秆预处理物料。

2.根据权利要求1所述对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法，其特征在于，所述秸秆至少包括玉米秸秆、麦秸、稻秸、高粱杆、棉花杆中的一种。

3.根据权利要求1所述对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法，其特征在于，所述污水废液是指粪尿液、生活污水、沼液、或养殖场冲洗水及处理尾水。

4.根据权利要求1-3之一所述对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法，其特征在于，所述将秸秆粉碎是指，将秸秆粉碎至每段长度小于5cm。

5.根据权利要求4所述对厌氧发酵的秸秆进行预处理的方法，其特征在于，所述通气孔是指直径为2mm的圆孔。