蒸汽爆破預(yù)處理提高香蕉莖稈厭氧消化產(chǎn)氣潛力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體廢棄物處理與資源化利用領(lǐng)域，尤其涉及一種蒸汽爆破技術(shù)對香蕉莖桿廢棄物預(yù)處理，提高厭氧消化產(chǎn)氣潛力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界第二大香蕉生產(chǎn)國，香蕉產(chǎn)業(yè)作為我國熱帶農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)對農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效具有重要意義。據(jù)FAO 2012年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國香蕉產(chǎn)量達(dá)1055萬噸，占全世界總產(chǎn)量的10.3%。隨著香蕉產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，大量的香蕉莖桿副產(chǎn)物得不到有效處理和利用，堆棄在田間地頭，既浪費資源，又污染環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，我國每年生產(chǎn)的香蕉莖桿廢棄物約1800多萬噸，回收利用率幾乎為零，在熱區(qū)高溫高濕環(huán)境下極易腐爛，滋生病菌，造成蕉園的二次污染，嚴(yán)重阻礙了香蕉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
[0003]香蕉莖桿固體剩余物含豐富的揮發(fā)性有機質(zhì)，占干物質(zhì)質(zhì)量的90%以上，同時富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等成分，是厭氧消化的優(yōu)質(zhì)碳源材料。但香蕉莖桿中木質(zhì)素與半纖維素、纖維素相互交聯(lián)難以降解，使得厭氧微生物無法快速將其進(jìn)行分解和利用，直接進(jìn)行厭氧消化會出現(xiàn)啟動慢、周期長、效率低等問題，因此需要對香蕉莖桿原料進(jìn)行一定的預(yù)處理，將纖維素、半纖維素、木質(zhì)素進(jìn)行分離和降解，打破其復(fù)雜結(jié)晶結(jié)構(gòu)，提高厭氧微生物對香蕉莖桿原料的降解利用水平，從而提高其厭氧消化效率。
[0004]目前，國內(nèi)報導(dǎo)的用于提高香蕉莖桿固體原料厭氧消化性能的預(yù)處理方法主要有機械法，國外利用生物酶法，由于香蕉莖桿本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，粗纖維含量高，且強度大，半纖維素、木質(zhì)素含量高等特點，機械法會出現(xiàn)粗纖維纏繞機械刀片，粉碎程度不均等現(xiàn)象，生物酶法主要是預(yù)處理周期長，對原料中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素預(yù)降解能力低，上述預(yù)處理方法效果十分有限。因此，探索一種行之有效的香蕉莖桿預(yù)處理方法顯得尤為重要，不僅提高香蕉莖桿廢棄物回收利用效率，減少環(huán)境污染，而且可以生產(chǎn)可再生清潔能源，緩解不可再生能源的日益匱乏，具有重大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。
[0005]蒸汽爆破法預(yù)處理香蕉莖桿原料具有操作簡單、降解效果好等優(yōu)點，是一項綠色、高效的預(yù)處理手段。鄭麗麗等報道蒸汽爆破預(yù)處理技術(shù)能有效降解香蕉莖桿固體剩余物中的半纖維素和木質(zhì)素，可明顯提高降解率(鄭麗麗，熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014 (11):84-88)。本發(fā)明提供一種通過蒸汽爆破預(yù)處理提高香蕉莖桿原料厭氧消化效率的方法，為香蕉莖桿厭氧消化生產(chǎn)沼氣的規(guī)?；锰峁┘夹g(shù)保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對香蕉莖桿形態(tài)和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，直接用于厭氧消化產(chǎn)氣效率低的問題，提供一種通過蒸汽爆破預(yù)處理提高其厭氧消化過程中產(chǎn)氣潛力的方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種提高香蕉莖桿厭氧消化性能的蒸汽爆破預(yù)處理方法，其特征在于，步驟主要包括:(I)備料，(2)汽爆，(3)收料，(4)厭氧消化。
[0008]所述的步驟(I)中將香蕉莖桿橫截斷至長度5~10cm。
[0009]所述的步驟(I)中將橫截斷的香蕉莖桿根據(jù)直徑大小縱切1~2刀，即平均分成2~4份。
[0010]所述的步驟(I)中將切好的香蕉莖桿含水率控制在20%~50%。
[0011]所述的步驟(2)中將香蕉莖桿原料豎直裝入汽爆罐，裝罐量控制在罐體積的20%~80%。
[0012]所述的步驟(2)中汽爆罐內(nèi)壓力維持2.0MPa~3.5MPa。
[0013]所述的步驟(2)中汽爆罐內(nèi)壓力維持時間90s~240s。
[0014]所述的步驟(3)中將蒸汽爆破處理的香蕉莖桿原料收集到固定容器。冷卻到常溫，保持含水率10%以下，真空密封置于低溫-8°C ~_20°C保存。
[0015]所述的步驟(4)中厭氧消化是指將汽爆預(yù)處理后的香蕉莖桿原料加入接種污泥混合均勾后密封發(fā)酵。
[0016]所述的步驟(4)中厭氧消化香蕉莖桿原料與接種污泥質(zhì)量比控制在1:2~2.5:1。
[0017]本發(fā)明的主要優(yōu)點在于提供一種綠色、環(huán)保、高效的預(yù)處理方法，對香蕉莖桿中半纖維素和木質(zhì)素降解作用顯著，有效提高香蕉莖桿厭氧消化效率，經(jīng)過蒸汽爆破預(yù)處理的香蕉莖桿產(chǎn)氣潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于報道的其他香蕉莖桿預(yù)處理方法。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
蒸汽爆破預(yù)處理香蕉莖桿厭氧消化產(chǎn)氣的方法為，將香蕉莖桿假莖截斷至10cm，縱切后將每段平均分成4等份，烘干至含水率25% ;再將香蕉莖桿原料豎直裝入汽爆罐，裝罐量為罐體積的50%。汽爆罐內(nèi)壓力維持2.0MPa維壓240s，打開放料閥，瞬間減壓釋放既得汽爆預(yù)處理的香蕉莖桿原料，收集汽爆處理后的香蕉莖桿原料，冷卻到常溫，保持含水率10%以下，真空密封置于低溫-20°C保存?zhèn)溆谩Ｈ∫欢康慕?jīng)汽爆處理的香蕉莖桿原料，加入接種污泥混合均勻后在中溫36±1°C下密封發(fā)酵30天，蕉莖桿原料與接種污泥干物質(zhì)質(zhì)量比為1:2。測得該汽爆后香蕉莖桿原料單位干物質(zhì)產(chǎn)氣量為386ml/g TS (去除接種物產(chǎn)氣影響)。同樣條件下，未經(jīng)汽爆處理的香蕉莖桿原料單位干物質(zhì)產(chǎn)氣量為240ml/g TS(去除接種物產(chǎn)氣影響)。經(jīng)過蒸汽爆破處理后，產(chǎn)氣率提高60.83%。
[0019]實施例2
蒸汽爆破預(yù)處理香蕉莖桿厭氧消化產(chǎn)氣的方法為，將香蕉莖桿假莖截斷至10cm，縱切后將每段平均分成4等份，烘干至含水率25% ;再將香蕉莖桿原料豎直裝入汽爆罐，裝罐量為罐體積的80%。汽爆罐內(nèi)壓力維持3.0MPa維壓240s，打開放料閥，瞬間減壓釋放既得汽爆預(yù)處理的香蕉莖桿原料，收集汽爆處理后的香蕉莖桿原料，冷卻到常溫，保持含水率10%以下，真空密封置于低溫-20°C保存?zhèn)溆?。取一定量的?jīng)汽爆處理的香蕉莖桿原料，加入接種污泥混合均勻后在中溫36±1°C下密封發(fā)酵30天，蕉莖桿原料與接種污泥干物質(zhì)質(zhì)量比為1:2。測得該汽爆后香蕉莖桿原料單位干物質(zhì)產(chǎn)氣量為401ml/g TS (去除接種物產(chǎn)氣影響)。同樣條件下，未經(jīng)汽爆處理的香蕉莖桿原料單位干物質(zhì)產(chǎn)氣量為240ml/g TS(去除接種物產(chǎn)氣影響)。經(jīng)過蒸汽爆破處理后，產(chǎn)氣率提高67.08%。
【主權(quán)項】
1.一種提高香蕉莖桿固體剩余物厭氧消化性能的蒸汽爆破預(yù)處理方法，其特征在于，其工藝步驟為:(I)備料，(2)蒸汽爆破，(3)收料，(4)厭氧消化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(I)所述的備料將香蕉莖桿假莖橫截段至長度5~10cm，再縱切平均分成2~4份作為香蕉莖桿原料備用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(I)所述的備料將香蕉莖桿原料含水率控制在20%~50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(2)所述的蒸汽爆破時將香蕉莖桿豎直裝入汽爆罐，裝罐量控制在罐體積的20%~80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(2)所述的蒸汽爆破時罐內(nèi)壓力維持 2.0MPa~3.5MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(2)所述的蒸汽爆破時維壓時間保持 90s~240s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(3)所述的收料是指將蒸汽爆破處理的香蕉莖桿原料收集到固定容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(3)所述的收料是指將收集的香蕉莖桿原料冷卻到常溫，保持含水率10%以下，真空密封置于低溫_8°C ~-20°C保存。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(4)所述的厭氧消化是指將汽爆預(yù)處理后的香蕉莖桿原料加入接種污泥混合均勻后密封發(fā)酵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(4)所述的厭氧消化香蕉莖桿原料與接種污泥干物質(zhì)質(zhì)量比控制在1:2~2.5:1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蒸汽爆破預(yù)處理提高香蕉莖稈固體剩余物厭氧消化產(chǎn)沼氣的方法。其步驟主要包括：（1）備料：將香蕉莖稈橫截、縱切，控制含水率20%~50%；（2）蒸汽爆破：通入飽和蒸汽至罐內(nèi)壓力達(dá)2.0~3.5MPa維持90s~240s，瞬間釋放；（3）收料：收集汽爆處理后的原料，冷卻備用；（4）厭氧消化：在預(yù)處理后的原料中加入一定量接種污泥,混合均勻，密封發(fā)酵。本發(fā)明可有效降解香蕉莖稈固體原料中半纖維素和木質(zhì)素，提高香蕉莖稈原料在厭氧消化過程中轉(zhuǎn)化利用率和產(chǎn)氣潛力，具有操作簡單，綠色環(huán)保等優(yōu)點。
【IPC分類】C12P7-10
【公開號】CN104830914
【申請?zhí)枴緾N201510001181
【發(fā)明人】鄭麗麗, 盛占武, 艾斌凌, 金志強, 王必尊, 馬蔚紅
【申請人】中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院?？趯嶒炚?br>【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年1月5日