CN110079559A

CN110079559A - 一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺

Info

Publication number: CN110079559A
Application number: CN201910334029.6A
Authority: CN
Inventors: 寿亦丰; 宫亚斌; 包海军; 周丽烨; 李倩; 谭婧
Original assignee: Hangzhou Energy & Environment Engineering Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Energy & Environment Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2019-08-02

Abstract

本发明提供的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，包括以下步骤：向厌氧发酵分离出的沼液中添加水解促进剂，制得水解促进液；将调配后的水解促进液用于干黄秸秆的水解预处理，其控制秸秆TS浓度15%‑30%，温度30℃‑45℃，反应时间为8h‑48h；将水解后干黄秸秆进行厌氧发酵，然后将厌氧发酵的产物进行固液分离，得到沼液，将该沼液循环用于制得水解促进液。本发明在干黄秸秆发酵分离出的沼液中加入水解促进剂，制得水解促进液后投加至干黄秸秆的水解预处理单元，并控制秸秆TS浓度15%‑30%，温度30℃‑45℃下反应8h‑48h，经过该预处理提高了秸秆水解效率，有利后续厌氧发酵对秸秆中有机物的降解，显著提高了干黄秸秆产气率；其回收利用沼液中氮源，大大降低了生产成本。

Description

一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺

技术领域

本发明涉及农业有废弃物资源化利用领域，具体涉及一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺。

背景技术

目前，据不完全统计，我国每年的秸秆可收集量高达9亿吨，综合利用潜力巨大。但由于无切实可行的收集、处理和利用技术，大量秸秆露天焚烧，导致了严重的空气污染和资源浪费。而厌氧发酵工艺已在世界范围内被广泛应用于解决环境、农业和能源问题，产生了巨大的生态、社会和经济效益。若能利用厌氧发酵技术将秸秆原料转化为高产热值的沼气，是解决我国日益严峻的能源和环境问题的有效途径之一，具有巨大的开发潜力和研究意义。

利用秸秆高效产沼气仍存在较多技术难题，主要是由于秸秆富含纤维素、半纤维素和木质素，三者在秸秆中相互缠绕，构成致密的空间结构，不易被微生物及酶直接利用，而这严重制约了其厌氧发酵产沼气的效率。因此，厌氧发酵前的预处理尤为重要。

应用最广泛的预处理方法有物理预处理、化学预处理和生物预处理以及这些方法的组合。公开号为CN107190027A的专利，提供了一种碱磨预处理秸秆的方法，将碱液与破碎后的秸秆一起研磨后，经过生物发酵产沼气、乙醇、盐、有机肥等；公开号为CN106049146A的专利，提供了一种蒸汽预处理秸秆的方法，将粉碎的秸秆进行蒸汽爆破预处理后，再进行发酵处理，最终将发酵后的秸秆用作动物饲料；这些预处理方法中，采用化学药剂处理往往存在设备的腐蚀问题，且残存的酸碱需要进行中和或稀释，容易导致抑制物的生成以及可溶性有机物的流失，进而影响沼气的产量；采用蒸汽爆破类物理法对秸秆进行预处理，则需要较大的压力，有一定的操作风险；公开号为CN107177637A的专利，提供了一种利用微生物对玉米秸秆水解糖化预处理的方法和应用，往破碎后的秸秆中加入杂色云芝与糙皮侧耳混合菌液、无菌无机盐以及石膏粉等物质，并进行微生物培养，得到预处理后的秸秆；该方法主要用于生产乙醇领域，其微生物培养时间需7天-30天，培养周期较长，工程放大投资高。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，采用水解促进液用于干黄秸秆的水解预处理，解决了现有的干秸秆的处理工艺中采用化学药剂处理往往存在设备的腐蚀问题，且残存的酸碱需要进行中和或稀释，容易导致抑制物的生成以及可溶性有机物的流失，进而影响沼气的产量；蒸汽爆破类物理法对秸秆进行预处理，则需要较大的压力，有一定的操作风险；采用水解糖化预处理，微生物培养周期较长，工程放大投资高。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，包括以下步骤：

将厌氧发酵分离出的沼液中添加水解促进剂，制得水解促进液；

将制得的水解促进液用于干黄秸秆的水解预处理；

将水解后干黄秸秆进行厌氧发酵，然后将厌氧发酵的产物进行固液分离，得到沼液，将该沼液循环用于制得水解促进液。本发明在干黄秸秆发酵分离出的沼液中加入水解促进剂，制得水解促进液；并将水解促进液用于干黄秸秆的水解预处理；其回收利用沼液中氮源，大大降低了生产成本；同时解决了现有的干秸秆的处理工艺中采用化学药剂处理往往存在设备的腐蚀问题，且残存的酸碱需要进行中和或稀释，容易导致抑制物的生成以及可溶性有机物的流失，进而影响沼气的产量，蒸汽爆破类物理法对秸秆进行预处理，则需要较大的压力，有一定的操作风险；水解糖化预处理，则需要较长的培养周期，工程放大投资高。

优选的，干黄秸秆含水率10%-40%，粒径为2-5cm。本发明控制干黄秸秆含水率10%-40%，粒径为2-5cm，其粒径大小合适便于处理。

优选的，向沼液中添加水解促进剂，制得水解促进液；将水解促进液用于干黄秸秆的水解预处理，其控制反应TS浓度15%-30%，反应温度30℃-45℃，反应时间8h-48h。本发明通过控制干黄秸秆预处理过程中的秸秆TS15%-30%，温度30℃-45℃，反应时间8h-48h，其大大缩短了干黄秸秆预处理反应时间，显著提高了秸秆水解预处理效率。

优选的，厌氧发酵过程中，控制TS浓度为12%-25%，发酵温度为35℃-55℃。本发明通过控制厌氧发酵的在TS浓度为12%-25%，发酵温度35℃-55℃，其适应范围广，既能适用于秸秆中温及高温发酵，也能适用于秸秆湿式和干式发酵，通过高效的温度及发酵浓度组合提高了秸秆发酵产气效率。

优选的，所述水解促进剂包含铁、锌、钴、镍、硒营元素的多种化合物。本发明通过在水解促进剂配入铁、锌、钴、镍、硒元素的多种化合物，其使水解过程营养成份更合理，有利于促进水解及后续厌氧发酵过程的进行。

优选的，其中钴元素化合物为氯化钴，含量为1%-5%；镍元素化合物为硫酸镍，含量为5%-10%；铁元素化合物为硫酸亚铁，含量为5%-10%；锌元素化合物为氯化锌，含量为1%-5%；硒元素化合物为二氧化硒，含量为0.5%-1%。进一步的，本发明通过控制各个元素的含量，使其营养成份搭配更合理。

优选的，营养剂中还包含氮元素化合物，该氮元素化合物为硝酸，含量1%-5%。本发明采用含量1%-5%的硝酸，调整了整个培养液的pH值，且有利于硫酸镍、硫酸亚铁、氯化锌、二氧化硒保持离子态，有利于上述元素的吸收和利用；同时补充了沼液中的氮源。

优选的，水解促进剂添加量为秸秆中有机物含量质量的1%-5%。本发明控制秸秆中有机物含量质量的1%-5%，能有效促进秸秆的水解，提高后厌氧发酵产气效率。

优选的，所述厌氧发酵的产物进行固液分离出沼渣用于生产有机肥。本发明将厌氧发酵的产物进行固液分离，其产生的沼渣可用于生产有机肥，避免了废物的浪费，且这样制得有机肥，肥力更优，有利于农业生产。

（三）有益效果

本发明提供的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其具有以下优点：

本发明在干黄秸秆发酵分离出的沼液中加入水解促进剂，制得水解促进液；并将水解促进液用于干黄秸秆的水解预处理，提高了干黄秸秆水解效率，有利后续厌氧发酵对秸秆中有机物的降解，显著提高了干黄秸秆产气率；其回收利用沼液中氮源，大大降低了生产成本；同时解决了现有的干秸秆的处理工艺中采用化学药剂处理往往存在设备的腐蚀问题，且残存的酸碱需要进行中和或稀释，容易导致抑制物的生成以及可溶性有机物的流失，进而影响沼气的产量；采用蒸汽爆破类物理法对秸秆进行预处理，则需要较大的压力，有一定的操作风险；采用水解糖化预处理，则需要较长的培养周期，工程放大投资高。

运用本发明工艺预处理过的干黄秸秆，在厌氧发酵过程中不易产生浮渣，大大促进了秸秆的消化降解，缩短了发酵系统的启动时间和物料的停留时间，提高了秸秆的发酵效率和产气率，同时沼液回流减少沼液排放，避免过量添加酸碱物质导致无法生产有机肥；可在工程实践中广泛推广应用。

附图说明

图1是本发明的一种用于干式厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明中水解促进剂的含量为质量百分比。

TS浓度是总的固体(Total Solid) 浓度。

VS产气率（原料产气率）指单位质量可挥发性固体原料在厌氧条件下所产沼气的体积。

本发明中水解促进剂，铁锌钴镍硒元素化合物均可在市面上可以直接购买得到。

实施例1

如图1所示，本发明提供的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，包括以下步骤：

1)所用原料为含水率为15%，粒径3cm的干黄玉米秸秆；

2）向厌氧发酵分离出的沼液中添加水解促进剂，制得水解促进液；所述水解促进剂包含铁、锌、钴、镍、硒、氮元素的多种化合物，其中钴元素化合物为氯化钴，含量为1%；镍元素化合物为硫酸镍，含量为10%；铁元素化合物为硫酸亚铁，含量为5%；锌元素化合物为氯化锌，含量为1%；硒元素化合物为二氧化硒，含量为0.5%。该氮元素化合物为硝酸，含量1%。其中水解促进剂添加量为秸秆中有机物含量质量的1%。

3）将制得的水解促进液用于秸秆的水解预处理，其控制秸秆TS浓度15%,温度30℃，反应时间为8h；

4）将水解后干黄秸秆进行厌氧发酵，然后将厌氧发酵的产物进行固液分离，得到沼液，将该沼液循环用于制得水解促进菌液；其中，厌氧发酵过程中，在TS浓度为12%；发酵温度为35℃。

本发明中厌氧发酵的产物进行固液分离，产出沼渣用于生产有机肥。

本实施例1中的累积干物质的产气率为410mL/gVS。

实施例2

本发明提供的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，包括以下步骤：

1)所用原料为含水率为40%，粒径5cm的干黄玉米秸秆；

2）向厌氧发酵分离出的沼液中添加水解促进剂，制得水解促进液；所述水解促进剂包含铁、锌、钴、镍、硒、氮元素的多种化合物，其中钴元素化合物为氯化钴，含量为5%；镍元素化合物为硫酸镍，含量为5%；铁元素化合物为硫酸亚铁，含量为10%；锌元素化合物为氯化锌，含量为5%；硒元素化合物为二氧化硒，含量为1%。该氮元素化合物为硝酸，含量5%。其中营养促进剂添加量为秸秆中有机物含量质量的5%。

3）将制得的水解促进液用于秸秆的水解预处理，其控制秸秆TS浓度30%，温度42℃，反应时间为8h；

4）将水解后干黄秸秆进行厌氧发酵，然后将厌氧发酵的产物进行固液分离，得到沼液，将该沼液循环用于制得水解促进液；其中，厌氧发酵过程中，在TS浓度为25%；发酵温度为55℃。

本实施例2中的累积干物质的产气率为430mL/gVS。

实施例3

1)所用原料为含水率为30%的干黄秸秆通过物理粉碎处理成粒径为3.5cm的碎料；

2）将厌氧发酵分离出的沼液中添加水解促进剂，制得水解促进液；所述水解促进剂包含铁、锌、钴、镍、硒、氮营养元素的多种化合物，其中钴元素化合物为氯化钴，含量为3%；镍元素化合物为硫酸镍，含量为7.5%；铁元素化合物为硫酸亚铁，含量为7.5%；锌元素化合物为氯化锌，含量为3%；硒元素化合物为二氧化硒，含量为0.75%。该氮元素化合物为硝酸，含量3%。其中营养促进剂添加量为秸秆中有机物含量质量的3%。

3）将制得的水解促进液用于秸秆的水解预处理，其控制秸秆TS浓度25%，温度35℃，反应时间为24h；

4）将水解后干黄秸秆进行厌氧发酵，然后将厌氧发酵的产物进行固液分离，得到沼液，将该沼液循环用于制得水解促进液；其中，厌氧发酵过程中，在TS浓度为18%；发酵温度为45℃。

本实施例3中的累积干物质的产气率为400mL/gVS。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

向厌氧发酵分离出的沼液中添加水解促进剂，制得水解促进液；

将制得的水解促进液用于干黄秸秆的水解预处理；

将水解后干黄秸秆进行厌氧发酵，然后将厌氧发酵的产物进行固液分离，得到沼液，将该沼液分离出循环用于制得水解促进液。

2.如权利要求1所述的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其特征在于，干黄秸秆含水率10%-40%，粒径为2-5cm。

3.如权利要求1所述的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其特征在于，干黄秸秆的水解预处理过程中，其控制秸秆TS浓度15%-30%，温度30℃-45℃，反应时间8h-48h。

4.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其特征在于，厌氧发酵过程的TS浓度为12%-25%，发酵温度为35℃-55℃。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其特征在于，所述水解促进剂包含铁、锌、钴、镍、硒元素的多种化合物。

6.如权利要求5所述的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其特征在于，其中钴元素化合物为氯化钴，含量为1%-5%；镍元素化合物为硫酸镍，含量为5%-10%；铁元素化合物为硫酸亚铁，含量为5%-10%；锌元素化合物为氯化锌，含量为1%-5%；硒元素化合物为二氧化硒，含量为0.5%-1%。

7.如权利要求5所述的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其特征在于，促进剂中还包含氮元素化合物，该氮元素化合物为硝酸，含量1%-5%，用于保持铁、锌、钴、镍、硒的离子形态，有利于其被吸收利用。

8.如权利要求5所述的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其特征在于，水解促进剂添加量为秸秆中有机物含量质量的1%-5%。

9.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于厌氧发酵的干黄秸秆预处理工艺，其特征在于，所述厌氧发酵的产物进行固液分离，其产生的沼渣可用于生产有机肥。