一種通過生化預(yù)處理玉米秸稈提高秸稈與糞便混合厭氧消化產(chǎn)氣性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)固體廢棄物厭氧消化領(lǐng)域，具體涉及一種通過生化預(yù)處理玉米秸 桿提高秸桿與糞便混合厭氧消化產(chǎn)氣性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，年產(chǎn)農(nóng)作物秸桿量達(dá)8億多噸，其中玉米秸桿產(chǎn)量達(dá) 2. 84億噸。因不能及時(shí)有效利用，絕大多數(shù)玉米秸桿被露天焚燒或野外堆放，嚴(yán)重污染大氣 環(huán)境，同時(shí)浪費(fèi)了資源。厭氧消化技術(shù)已被證明為有效獲取生物質(zhì)能源的重要方法，具有低 能耗、高產(chǎn)能等優(yōu)點(diǎn)，目前已在我國(guó)廣泛的工業(yè)化應(yīng)用和規(guī)模化示范。
[0003] 以秸桿為原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)量低、周期長(zhǎng)。其主要原因?yàn)椋海?)秸桿的主要組 成成分（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以被微生物直接利用；（2)營(yíng)養(yǎng)不均衡， C/N比過高。
[0004]-般通過對(duì)秸桿進(jìn)行預(yù)處理的來提高微生物對(duì)秸桿的利用率。物理法以剪切、粉 碎為主，簡(jiǎn)易快捷，但沒從根本上改變木質(zhì)纖維素的晶體結(jié)構(gòu)。化學(xué)法以酸堿處理為主，投 入產(chǎn)出比較高，但存在廢液處理、設(shè)備要求高、堿液抑制產(chǎn)甲烷桿菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)等問題。生物 法具有非化學(xué)、低能耗、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)成為研究熱點(diǎn)，但現(xiàn)有白腐真菌或復(fù)合菌劑預(yù)處理 法成本高、技術(shù)難度大。
[0005]沼液一般為高濃度有機(jī)廢水，不僅含有大量的氮、磷、鉀及有機(jī)物，而且富含酶和 木質(zhì)纖維素降解菌。文獻(xiàn)：楚莉莉等.沼液預(yù)處理小麥秸桿厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響（干 旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2011，29 (1) : 247-251.)的研究發(fā)現(xiàn)：使用沼液預(yù)處理麥秸8-15天后進(jìn)行 厭氧發(fā)酵的VS累積產(chǎn)氣量增加15. 42% -31. 53%，甲烷平均含量為64% -71%。其不足之 處是沼液預(yù)處理時(shí)間太長(zhǎng)，原料損失太多，甲烷總產(chǎn)量較低。
[0006] 中國(guó)專利CN101899474A采用沼液作為促進(jìn)劑，對(duì)秸桿進(jìn)行預(yù)處理，然而預(yù)處理 時(shí)間長(zhǎng)。專利CN102586333A通過回用部分沼液預(yù)處理麥秸，但氨氮的積累抑制厭氧菌的 生長(zhǎng)，但是指標(biāo)多、操作難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)厭氧發(fā)酵過程中難降解和營(yíng)養(yǎng)不均衡的缺陷，提出本發(fā)明。本發(fā)明的目的在 于提供一種通過生化預(yù)處理玉米秸桿提高秸桿與糞便混合厭氧產(chǎn)氣性能的方法，具有操作 簡(jiǎn)單、降解速率快、預(yù)處理時(shí)間短及發(fā)酵底物C/N比均衡的特點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案包含如下內(nèi)容：
[0009] (1)秸桿原料準(zhǔn)備
[0010] 取風(fēng)干的玉米秸桿，先切成3~4厘米，再用帶20目篩網(wǎng)的粉碎機(jī)粉碎干燥保存 備用。
[0011] (2)沼液制備方法
[0012] 沼液取自正常運(yùn)轉(zhuǎn)一年以上發(fā)酵穩(wěn)定的厭氧發(fā)酵沼氣池出料（沼液pH在 6. 9-7. 2,氨氮在200-1500mg/L，堿度在2000-6000mg/L)，靜置沉降2-7天，濾掉一部分水 后，保證沼液干重TS在2% -4%，然后分別將沼液過5-40目篩網(wǎng)，制備好的沼液放入4°C冰 箱備用。
[0013] (3)預(yù)處理方法
[0014] 稱取玉米秸桿若干份分別置于密封容器中，加入玉米秸桿干重TS1-6倍的不同濃 度的沼液（過5-40目篩網(wǎng)）混合，同時(shí)控制每份玉米秸桿預(yù)處理后的總固體濃度范圍為 10% -25%，攪拌均勻后密封置于35°C恒溫箱預(yù)處理1-6天。
[0015] (4)預(yù)處理時(shí)間確定方法
[0016] 稱取一定質(zhì)量的玉米秸桿，置于密封容器中，按不同沼液濃度（過5-40目濾網(wǎng)的 沼液）和預(yù)處理過程中總固體濃度（10% -25% )兩個(gè)因子加入沼液（固體含量10% -25% 就是含水率75% -90% )，用玻璃棒攪拌均勻，分別密封置于35°C恒溫箱預(yù)處理1-6天，每 天測(cè)定密閉容器中物料的PH，當(dāng)pH值不在下降時(shí)視為預(yù)處理完成。本方法所得最佳預(yù)處理 時(shí)間為1_3天，（見圖1)。
[0017] (5)操作步驟
[0018] 具體做法：將自然風(fēng)干的玉米秸桿先切成3~4厘米，再用帶20目篩網(wǎng)的粉碎機(jī) 粉碎后保存?zhèn)溆?。分別稱取玉米秸桿39g(按TS計(jì)算）若干份，分別置于1L藍(lán)蓋瓶中，按 不同沼液濃度（過5-40目濾網(wǎng)的沼液）和總固體濃度（10% -25% )兩個(gè)因子加入取自正 常運(yùn)轉(zhuǎn)一年發(fā)酵穩(wěn)定的厭氧發(fā)酵沼氣池出料且保證沼液干重TS在2% -4%的沼液，用玻璃 棒攪拌均勻，密封置于35°C恒溫箱預(yù)處理1-3天。
[0019] (6)厭氧消化
[0020] 將預(yù)處理所得的玉米秸桿與來自養(yǎng)殖場(chǎng)的新鮮牛糞或豬糞混勻（按TS干重3 :1 混合），加入正常運(yùn)行污水處理廠厭氧消化池污泥（pH在7. 0-8. 0,氨氮在200-1500mg/L，堿 度在2000-6000mg/L)接種物15gMLSS/L，調(diào)節(jié)pH至pH6. 8-7. 2,加水稀釋至體積為反應(yīng)器 總體積的80% -90%后密封在35±1°C的恒溫反應(yīng)器中進(jìn)行中溫厭氧消化過程50天。
[0021] 測(cè)定預(yù)處理前后和厭氧消化前后木質(zhì)纖維素含量、總固體含量TS、總揮發(fā)性固體 含量VS、pH、氨氮、堿度、甲烷百分含量和日產(chǎn)沼氣量。所有數(shù)據(jù)用于評(píng)價(jià)沼液預(yù)處理玉米 秸桿后與糞便混合厭氧消化的效果。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0023] (1)預(yù)處理時(shí)間明顯縮短。本發(fā)明的預(yù)處理時(shí)間僅為1-3天，而楚莉莉等發(fā)明中 預(yù)處理時(shí)間為8-15天，縮短了 5-14天。此外，相對(duì)于堿預(yù)處理法，本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，成本低 廉，且不需要調(diào)節(jié)C/N，是一種經(jīng)濟(jì)高效的預(yù)處理方法。
[0024] (2)厭氧發(fā)酵周期明顯縮短。35 ± 1 °C條件下沼液預(yù)處理玉米秸桿與牛糞混合厭氧 消化酸化延滯期不明顯，迅速進(jìn)入產(chǎn)甲烷高峰期，明顯縮短厭氧消化周期。對(duì)于預(yù)處理溫度 為35°C，預(yù)處理時(shí)間1-3天的沼液預(yù)處理秸桿與牛糞混合的厭氧消化，Ts。為22-30天，比未 預(yù)處理組39天縮短23. 08% -43. 59%，大大節(jié)約了運(yùn)行成本，更適合工業(yè)生產(chǎn)。
[0025] (3)甲烷產(chǎn)量明顯提高。整個(gè)厭氧消化過程中，經(jīng)各濃度沼液（5-40目）按不同 固體濃度（10% -25% )預(yù)處理玉米秸桿與牛糞混合厭氧消化的VS產(chǎn)甲烷量分別獲得的 36. 55%、25. 72%、29. 31 %和32. 58%的極顯著提升相對(duì)未預(yù)處理組。
【附圖說明】
[0026] 圖1pH隨預(yù)處理時(shí)間的變化圖
[0027] 圖2日產(chǎn)甲烷量隨時(shí)間的變化