CN116041730B - 一种高寒地区秸秆预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及秸秆处理领域，公开了一种高寒地区秸秆预处理方法，所述处理方法如下步骤：步骤一、将秸秆进行粉碎；步骤二、将添加剂与水逐层喷洒到粉碎后的秸秆原料中至秸秆原料达到一定的含水率；步骤三、将步骤二处理完成的秸秆原料压实密封存储在黄贮容器中，贮存。本发明解决了现有技术中秸秆预处理成本高的问题，本发明中的预处理方法可不经水洗直接进行后续厌氧发酵产甲烷，提高产气量的同时，节约了预处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及秸秆处理领域，更具体地涉及一种高寒地区秸秆预处理方法。
背景技术
秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物(通常为粗粮)在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源，秸秆也是一种粗饲料。特点是粗纤维含量高(30％-40％)，并含有木质素等。木质素纤维素虽不能为猪、鸡所利用，但却能被反刍动物牛、羊等牲畜吸收和利用。秸秆的年产量约占生物质产量的一半以上，秸秆中约70％为碳水化合物，20％木素。
传统的秸秆预处理方法如酸法.碱法、氧化、氨处理、汽爆等以及这几种方法的结合，但存在效率低、预处理成本太高，污染很严重的问题，生物酶处理虽然清洁，但由于酶解效率太低，只有10％-20％，难以达到工业化的要求。
公告号为CN108559036A的发明专利申请中将秸秆进行清洗和混合碱液预处理，然后将预处理后的秸秆粉碎，再加入硅烷偶联剂和甲基丙烯酸混合接枝改性剂、乙醇和水的混合溶液进行接枝改性，虽然能解决秸秆纤维与PVC之间的界面相容性差和在塑料基体中的分散性差问题，但其仍然难以克服处理效率低、成本高的问题。
发明内容
为解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供一种高寒地区秸秆预处理方法。
本发明采用的具体方案为：一种高寒地区秸秆预处理方法，所述处理方法如下步骤：
步骤一、将秸秆进行粉碎；
步骤二、将添加剂与水逐层喷洒到粉碎后的秸秆原料中至秸秆原料达到一定的含水率；
步骤三、将步骤二处理完成的秸秆原料压实密封存储在黄贮容器中，贮存。
所述添加剂为酸性亚硫酸氢钠溶液与发酵乳酸杆菌菌剂复配制成的耦合预处理添加剂。
所述酸性亚硫酸氢钠溶液为浓度为1％的酸性亚硫酸氢钠溶液。
所述步骤二中将添加剂与水逐层喷洒到粉碎后的秸秆原料中使得秸秆原料中至含水率达到60.0-80.0％。
所述步骤二中将添加剂与水逐层喷洒到粉碎后的秸秆原料中使得秸秆原料中至含水率达到70％。
所步骤三中的贮存时间为30d。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
本发明公开了一种高寒地区秸秆预处理方法，包括将秸秆进行粉碎，将添加剂与水逐层喷洒到粉碎后的秸秆原料中至秸秆原料达到一定的含水率，将处理完成的秸秆原料压实密封存储在黄贮容器中，贮存。本发明可以减少秸秆营养成分的损失，又能增加原料的微生物可及性，提高秸秆沼气化的利用效率，该预处理方法还具有操作简单、可规模化应用的特点，对大型秸秆沼气工程原料规模化前处理具有重要意义。
另一方面，本发明利用酸性亚硫酸盐对木质素的磺化作用，添加酸性亚硫酸氢钠偶联乳酸菌以缩短黄贮预处理时间，优化秸秆的黄贮预处理工艺，黄贮过程中添加适宜乳酸菌可以增加黄贮效果，可节约沼气工程原料规模化预处理的时间成本。
附图说明
图1是本发明中不同预处理组预处理后秸秆甲烷日产量；
图2是本发明中不同预处理组预处理后秸秆甲烷累积产量。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
结合附图1-2，本发明公开了一种高寒地区秸秆预处理方法，所述处理方法如下步骤：
步骤一、将秸秆进行粉碎；步骤二、将添加剂与水逐层喷洒到粉碎后的秸秆原料中至秸秆原料达到一定的含水率；步骤三、将步骤二处理完成的秸秆原料压实密封存储在黄贮容器中，贮存。所述添加剂为酸性亚硫酸氢钠溶液与发酵乳酸杆菌菌剂复配制成的耦合预处理添加剂。所述酸性亚硫酸氢钠溶液为浓度为1％的酸性亚硫酸氢钠溶液。
所述步骤二中将添加剂与水逐层喷洒到粉碎后的秸秆原料中使得秸秆原料中至含水率达到60.0％-80.0％。进一步优选的，所述步骤二中将添加剂与水逐层喷洒到粉碎后的秸秆原料中使得秸秆原料中至含水率达到70％。
实施例1
将本发明得到的粉碎后的玉米秸秆按70.0％的含水率进行黄贮预处理实验，黄贮实验中添加1％的酸性亚硫酸氢钠溶液与发酵乳酸杆菌菌剂复配制成的耦合预处理添加剂(Lac-NaHSO3)；并将耦合预处理添加剂与水逐层喷洒到准备好的秸秆原料中至含水率达到70.0％，压实密封存储在黄贮容器中，贮存30d。
对比例1
将本发明得到的粉碎后的玉米秸秆按70.0％的含水率进行黄贮预处理实验，黄贮实验中添加30.0％的发酵乳酸杆菌菌剂(Lac)的添加剂；并将添加剂与水逐层喷洒到准备好的秸秆原料中至含水率达到70.0％，压实密封存储在黄贮容器中，贮存30d。
对比例2
将本发明得到的粉碎后的玉米秸秆按70.0％的含水率进行黄贮预处理实验，黄贮实验中添加单一黄贮预处理(YCS)的添加剂；并将添加剂与水逐层喷洒到准备好的秸秆原料中至含水率达到70.0％，压实密封存储在黄贮容器中，贮存30d。
对比例3
未进行预处理的粉碎后的干秸秆(CS)进行黄贮实验，压实密封存储在黄贮容器中，贮存30d。
对比例4
将实施例1得到的预处理后的料液经水洗至中性后进行厌氧发酵产沼气原料组，即Lac-NaHSO3-water处理组。
将实施例1，对比例1-4作为4个处理组，每个处理组进行三个平行实验，预处理结束后分析秸秆化学组成、结构、微生物多样性等指标，并作为原料用于厌氧发酵产沼气。其中对比例4是(Lac-NaHSO3-water处理组)为预处理后的料液经水洗至中性后进行厌氧发酵产沼气原料组，以分析预处理后料液经水洗与不经水洗对发酵产气的影响。
附图1为上述预处理组预处理后的秸秆的累积产甲烷量变化趋势图，各处理组累积产甲烷量在实验第13d趋于稳定。与YCS组相比，两种处理的黄贮秸秆产甲烷性能均有所提升。反应结束后，Lac处理组的累积产甲烷量达到4466.2mL，较YCS组提升24.2％。Lac-NaHSO3耦合处理的累积产甲烷量效果最佳(5442.7mL)，相比YSL提升51.4％。这说明添加乳酸菌处理可有效提升黄贮秸秆的产气能力，而通过添加酸性亚硫酸氢钠溶液与秸秆发生磺化反应进而破坏秸秆的致密结构，可富集乳酸菌进一步进行水解作用。乳酸菌能够在黄贮环境中稳定生存，将木质纤维素降解为乳酸进而促进小分子有机物与挥发酸的转化，有效提升黄贮效果，这与微生物群落结构结果相一致。与甲烷日产量结果类似，水洗后的耦合预处理组的甲烷累积产气量较Lac-NaHSO3组低，甲烷总产气量低12.9％左右，缺少的甲烷产量可能与水洗流失的可溶性糖及易发酵物质流失有一定相关性，所以本发明选用的酸性亚硫酸氢盐偶联乳酸菌对秸秆进行黄贮预处理法可不经水洗直接进行后续厌氧发酵产甲烷，提高产气量的同时，节约了预处理成本，克服了现有秸秆预处理需要水洗的技术偏见。
图2为不同处理组预处理后秸秆甲烷累积产量。Lac-NaHSO3耦合处理后秸秆的酶水解糖化率达90％以上，且耦合预处理后的秸秆其产甲烷潜力显著提升，日产甲烷峰值最高(1464.1mL)，相较Lac与YSL处理组分别增长46.4％、52.6％，累积产甲烷量效果最佳(5442.7mL)。说明耦合处理在提升黄贮秸秆产甲烷速率方面具有积极作用，能加快厌氧发酵反应产气进程，提高发酵底物利用率，这可能是因为耦合处理的黄贮秸秆中木质素发生了磺化反应且纤维素晶体结构被一定程度的破坏，可有效富集微生物，进而提高乳酸菌等微生物对底物的降解作用，提升发酵前期降解效率。
本发明中在黄贮过程中添加适宜乳酸菌以为增加黄贮效果，利用酸性亚硫酸盐对木质素的磺化作用，添加酸性亚硫酸氢钠偶联乳酸菌以缩短黄贮预处理时间，优化秸秆的黄贮预处理工艺，可节约沼气工程原料规模化预处理的时间成本。
另一方面，本发明中酸性亚硫酸氢盐偶联乳酸菌的黄贮预处理方法具有处理后的料液可不经水洗直接进行后续发酵的优点，节约了水洗步骤需要的大量水及能耗成本，并可最大限度的利用预处理液中的可发酵成分，使得秸秆降解效率及产气效率提升。
以上附图及解释说明仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的具体保护范围不仅限以上解释说明，任何在本发明揭露的技术思路范围内，及根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种高寒地区秸秆预处理方法，其特征在于，所述处理方法如下步骤：将粉碎后的玉米秸秆按70.0％的含水率进行黄贮预处理实验，黄贮实验中添加1％的酸性亚硫酸氢钠溶液与发酵乳酸杆菌菌剂复配制成的耦合预处理添加剂；并将耦合预处理添加剂与水逐层喷洒到准备好的秸秆原料中至含水率达到70.0％，压实密封存储在黄贮容器中，贮存30d。
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|---|---|---|---|---|
| AU2020100873A4 (en) * | 2020-05-28 | 2020-07-09 | Tongji University | The Method For Improving The Biogas Production Performance Of Wet Anaerobic Digestion Of Straw By Micro Comminution Pretreatment |
| CN112609492A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-06 | 黑龙江省能源环境研究院 | 一种适用于寒区农业废弃物秸秆沼气化的高效预处理方法 |
| CN114045202A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-02-15 | 黑龙江省能源环境研究院 | 一种基于生物菌剂的秸秆沼气高效预处理装置及方法 |
-
2023
- 2023-02-01 CN CN202310049653.8A patent/CN116041730B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2020100873A4 (en) * | 2020-05-28 | 2020-07-09 | Tongji University | The Method For Improving The Biogas Production Performance Of Wet Anaerobic Digestion Of Straw By Micro Comminution Pretreatment |
| CN112609492A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-06 | 黑龙江省能源环境研究院 | 一种适用于寒区农业废弃物秸秆沼气化的高效预处理方法 |
| CN114045202A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-02-15 | 黑龙江省能源环境研究院 | 一种基于生物菌剂的秸秆沼气高效预处理装置及方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "亚硫酸氢盐预处理对黄贮玉米秸秆产甲烷潜力影响研究";苏小红等;《中国沼气》;第40卷(第3期);第50-57页 * |
| 苏小红等."亚硫酸氢盐预处理对黄贮玉米秸秆产甲烷潜力影响研究".《中国沼气》.2022,第40卷(第3期),第50-57页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116041730A (zh) | 2023-05-02 |
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