CN107760725A - 一种黄贮秸秆厌氧发酵方法 - Google Patents

一种黄贮秸秆厌氧发酵方法 Download PDF

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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，它属于厌氧发酵领域。本发明将收割后的秸秆粉碎至1cm，粉碎后的秸秆逐层填装在用于秸秆黄贮的容器中，填装同时按一定比例逐层添加水份，控制含水率为60～70％，并逐层压实，将装填好的容器用塑料布封盖并勒紧，使其密封不漏气，在此条件下黄贮90～100d；黄贮后的秸秆作为厌氧发酵原料，调节发酵原料初始pH值至6～9，发酵原料的浓度至15％～25％，接种物的接种量至0％～45％，进行厌氧发酵，厌氧发酵时间20d。本发明最佳沼气产量下黄贮秸秆的最佳厌氧发酵技术参数：初始pH为7，底物浓度18％，加入量占重质量的30％，接种量30％。

Description

一种黄贮秸秆厌氧发酵方法
技术领域
本发明属于厌氧发酵领域；具体涉及一种黄贮秸秆厌氧发酵方法。
背景技术
农作物秸秆的收获季节尤其是东北地区秸秆的季节性和时效性限制了沼气工程全年的连续运行，满足不了沼气工程的原料持续供应，因此，需要对农作物秸秆进行长期有效贮存，而秋季玉米收货后秸秆被大量堆放在田地里，玉米秸秆发干黄化，原料含水率过低，符合黄贮技术要求，采用黄贮技术对玉米秸秆进行预处理，再通过厌氧发酵工艺生产沼气，能够有效提高产气效率。
厌氧处理过程是由多种微生物共同作用完成的，微生物将有机大分子化合物通过转化成了CH4、C02、H2O、H2S和氨等物质。在厌氧发酵过程中,微生物相互间影响、相互间约束，微生物之间共同组成一个生态系统。在厌氧处理系统中,存在着种类繁多、关系复杂的微生物区系。这些微生物相互协同共同完成一个复杂的厌氧降解反应过程。产甲烷菌有多种形态，大致可分为杆状、球状、螺旋状和八叠状等四类形态。螺旋状产甲烷菌目前仅发现一种。由于产甲烷菌是生存于极端厌氧的环境中和其对氧高度敏感的特性，使其成为难于研究的细菌之一。因此将甲烷菌归纳成1个科和4个属,共8个种。1个产甲烷菌科,下分为甲烷杆菌属(5个种、甲烷八叠球菌属(2个种)和甲烷球菌属(2个种),共9个种，到目前为止已分离出种65个种。产甲烷菌是一个特殊的专门的生理群,具有特殊的细胞成分和产能代谢功能,是一群形态多样，可代谢氢、二氧化碳及少数几种简单有机物生成甲烷的严格厌氧的古细菌。利用微生物添加入黄贮秸秆厌氧发酵的过程，能够显著提高黄贮秸秆厌氧发酵的效率。
发明内容
本发明目的是提供一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，东北地区农作物秸秆资源丰富，作为沼气工程的原料潜力巨大，由于秸秆特殊的木质纤维素结构使其难以被直接转化利用，因此，本发明针对秸秆这一特性，采用黄贮技术对秸秆进行了预处理，并优化黄贮秸秆厌氧发酵产沼气技术的关键参数酸碱度、发酵浓度、微生物接种量，提高秸秆中难降解成分的转化率，提高秸秆的消化率。
本发明通过以下技术方案实现：
一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，包括如下步骤：
步骤1、将收割后的秸秆粉碎至1cm，粉碎后的秸秆逐层填装在用于秸秆黄贮的容器中，填装同时按一定比例逐层添加水份，控制含水率为60～70％，并逐层压实，将装填好的容器用塑料布封盖并勒紧，使其密封不漏气，在此条件下黄贮90～100d；
步骤2、黄贮后的秸秆作为厌氧发酵原料，调节发酵原料初始pH值至6～9，发酵原料的浓度至15％～25％，接种物的接种量至0％～45％，进行厌氧发酵，厌氧发酵时间20d。
本发明所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤1中所述秸秆粉碎至1cm，含水率为65％，黄贮时间为90d。
本发明所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤2中所述厌氧发酵原料黄贮秸秆的厌氧发酵初始pH为7.0。
本发明所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤2中黄贮后的秸秆作为厌氧发酵原料，发酵原料的浓度为18％。
本发明所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤2中所述发酵原料黄贮秸秆厌氧发酵接种物的接种量为30％。
本发明所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，所述的厌氧发酵时间为20d。
本发明所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤2中接种物为微生物接种物，所述的微生物接种物为牛粪发酵液。
本发明所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，最佳沼气产量下黄贮秸秆的最佳厌氧发酵技术参数：初始pH为7，底物浓度18％，加入量占重质量的30％，接种量30％。秸秆和水和微生物菌液在一起是微生物菌液占总量的30％，秸秆和水是按照底物浓度计算的。
本发明所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，针对黄贮预处理后的秸秆厌氧发酵产气效率的问题，提供了一种黄贮秸秆沼气利用方法，通过优化黄贮秸秆厌氧发酵工艺的关键参数，提高秸秆中难降解成分的转化率，提高秸秆的消化率，在接种量为30％时达到最大值53.03ml/gTS，为东北地区秸秆资源化利用及沼气工程的推广应用寻找一条切实可行的新道路。
本发明所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，采用的黄贮技术是一种经济、简便、高效的秸秆预处理方法，能够进行大批量处理，一定程度上解决了我国东北地区农民秋收后秸秆不能焚烧、大量堆放田地里的处境；采用优化的厌氧发酵技术对黄贮后的秸秆发酵产沼气，最大程度的发挥了黄贮秸秆这种木质纤维素原料的生物能转化，产生绿色清洁能源沼气的同时减少了秸秆对环境的污染，随着黄贮秸秆沼气化技术的成熟，秸秆处理成本越来越低，沼气成本也随之降低，沼气发电、生物天然气等也与传统能源相比有一定的竞争力，解决了化石能源短缺、新能源成本高的问题。
附图说明
图1为不同酸碱度对黄贮秸秆厌氧发酵产气效果的影响曲线；
图2为不同发酵浓度对黄贮秸秆厌氧发酵产气效果的影响曲线；
图3为不同微生物接种量对黄贮秸秆厌氧发酵产气效果的影响曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，包括如下步骤：
步骤1、将收割后的秸秆粉碎至1cm，粉碎后的秸秆逐层填装在用于秸秆黄贮的容器中，填装同时按一定比例逐层添加水份，控制含水率为60～70％，并逐层压实，将装填好的容器用塑料布封盖并勒紧，使其密封不漏气，在此条件下黄贮90～100d；
步骤2、黄贮后的秸秆作为厌氧发酵原料，调节发酵原料初始pH值至6～9，发酵原料的浓度至15％～25％，接种物的接种量至0％～45％，进行厌氧发酵，厌氧发酵时间20d。
本实施方式所述的黄贮秸秆厌氧发酵方法，选择一个适合的贮窖或者装置作为秸秆黄贮的容器，本试验选用的是3L烧杯作为黄贮容器，将收割后的秸秆粉碎至1cm左右，调节含水率至70％，逐层填装并压实，尽量装满，不留空隙，将装填好的容器用塑料布封盖，并用绳、皮筋等工具勒紧，使其密封不漏气，在此条件下黄贮90d。
本实施方式所述的黄贮秸秆厌氧发酵方法，不同酸碱度对黄贮秸秆厌氧发酵产气效果的影响曲线如附图1所示：酸碱度(pH)的变化反应了发酵罐内的环境是否适于微生物的生长。一般而言，黄贮后的秸秆为了达到最好的储藏品质其pH会稳定在4.0左右，所以在投入厌氧发酵装置作为发酵原料之前需要调节原料的初始pH。由图1所示，初始pH为6时产气量最小，沼气发酵初期系统呈弱酸性，影响产气效果，因此进行厌氧发酵产沼气时接种后若罐内发酵料为酸性应将其调节质弱碱性再进行发酵。初始pH＝7时，总产气量最大为48.76ml/gTS，说明发酵初始pH为中性有利于发酵的甲烷的产生。
本实施方式所述的黄贮秸秆厌氧发酵方法，不同发酵浓度对黄贮秸秆厌氧发酵产气效果的影响曲线如附图2所示：根据厌氧发酵中底物浓度的不同，厌氧发酵主要可以分为湿法发酵(TS＝4％-12％)和干法发酵(TS≥18％)。如果发酵液浓度过大，容易造成有机酸的大量积累，使沼气发酵受阻，同时增加了运行和维护投资；如果发酵液过稀，单位容积内含有有机物量较少，产气量较少。随着发酵底物黄贮秸秆的浓度的增加，总产气量稳步上升，在投料浓度为18％时达到最大值51.12ml/gTS，但是随着投料浓度的继续增加到20～24％时，总产气量迅速下降，这是由于在一定底物浓度范围内，投料浓度的增加导致厌氧体系中过度产酸，抑制了微生物的甲烷化过程，使总产气量迅速下降。
本实施方式所述的黄贮秸秆厌氧发酵方法，不同微生物接种量对黄贮秸秆厌氧发酵产气效果的影响曲线如附图3所示：接种物是指在厌氧发酵初始阶段加入的一定量的微生物，一般对提早产气和提高产气量有重要的作用。接种物的种类和用量对厌氧发酵来说十分重要。近年来畜禽粪便、污泥、发酵剩余沼液和经过驯化的菌种等常常被用作厌氧发酵的接种液。随着接种物(牛粪发酵液)接种量的增加，可提高厌氧体系中的产甲烷菌群总量，使得秸秆中大分子有机物经水解酸化阶段后迅速甲烷化，既可防止罐内酸化中毒，又可加快反应进程，因此，在接种量0～30％内，总产气量有上升趋势，尤其在区间10～30％范围内总产气量呈对数增长，在接种量为30％时达到最大值53.03ml/gTS。但是在接种量为30～50％范围内，总产气量迅速下降，究其原因是罐内的装料容积引起的，随着接种量的增加，而装料容积不变，导致投料量减少，虽然接入了大量的微生物菌群，但是微生物可利用的底物减少，使总产气量下降。
具体实施方式二：
根据具体实施方式一所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤1中所述秸秆粉碎至1cm，含水率为65％，黄贮时间为90d。
具体实施方式三：
根据具体实施方式一所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤2中所述厌氧发酵原料黄贮秸秆的厌氧发酵初始pH为7.0。
具体实施方式四：
根据具体实施方式一所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤2中黄贮后的秸秆作为厌氧发酵原料，发酵原料的浓度为18％。
具体实施方式五：
根据具体实施方式一所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤2中所述发酵原料黄贮秸秆厌氧发酵接种物的接种量为30％。
具体实施方式六：
根据具体实施方式一所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，所述的厌氧发酵时间为20d。
具体实施方式七：
根据具体实施方式一所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，步骤2中接种物为微生物接种物，所述的微生物接种物为牛粪发酵液。
上述对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

Claims (7)

1.一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、将收割后的秸秆粉碎至1cm，粉碎后的秸秆逐层填装在用于秸秆黄贮的容器中，填装同时按一定比例逐层添加水份，控制含水率为60～70％，并逐层压实，将装填好的容器用塑料布封盖并勒紧，使其密封不漏气，在此条件下黄贮90～100d；
步骤2、黄贮后的秸秆作为厌氧发酵原料，调节发酵原料初始pH值至6～9，发酵原料的浓度至15％～25％，接种物的接种量至0％～45％，进行厌氧发酵，厌氧发酵时间20d。
2.根据权利要求1所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，其特征在于：步骤1中所述秸秆粉碎至1cm，含水率为65％，黄贮时间为90d。
3.根据权利要求1所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，其特征在于：步骤2中所述厌氧发酵原料黄贮秸秆的厌氧发酵初始pH为7.0。
4.根据权利要求1所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，其特征在于：步骤2中黄贮后的秸秆作为厌氧发酵原料，发酵原料的浓度为18％。
5.根据权利要求1所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，其特征在于：步骤2中所述发酵原料黄贮秸秆厌氧发酵接种物的接种量为30％。
6.根据权利要求1所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，其特征在于：所述的厌氧发酵时间为20d。
7.根据权利要求1所述的一种黄贮秸秆厌氧发酵方法，其特征在于：步骤2中接种物为微生物接种物，所述的微生物接种物为牛粪发酵后的沼液。
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