[发明专利]纯氨湿式浸泡常温预处理提高稻草甲烷产量的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机固体废物厌氧发酵领域。具体涉及到一种通过秸秆预处理提高秸秆厌氧发酵产甲烷含量的方法。

背景技术

我国一直以来都是秸秆生产大国，十几年以前秸秆曾经是广大农村必不可少的生产和生活物质，几乎所有的秸秆都会被充分利用。但目前随着农业的快速发展以及农村能源结构的改变，大量的秸秆被积累不能得到充分利用，造成严重浪费。在我国稻草产生量最高，因此如何将多余稻草秸秆充分利用一直是研究热点。

目前厌氧消化技术是一种可以将秸秆有效转化为清洁能源以实现资源能源化利用的方法。但是在实际操作过程中，由于秸秆木质素含量较高，而厌氧微生物很难消化木质素，导致常规厌氧发酵消化过程周期太长，产甲烷量太少，投入产出效益差，因此秸秆的常规厌氧发酵技术并没有得到大规模应用与发展。通过大量的试验研究发现通过对秸秆进行一定条件下的预处理，可以有效的缩短消化周期，并且能很大程度的提高甲烷产量。

秸秆的预处理方法包括很多种，最常用的是化学预处理方法，其中碱化预处理更是一种应用最广的化学预处理方法。碱化预处理主要有氢氧化钠预处理和氨化预处理，但是氨化预处理主要用于秸秆生化饲料的生产，对于厌氧发酵产气的应用很少，如专利CN200510009887.1公开了秸秆生化饲料的生产方法，该方法是将粉碎的秸秆浸泡液氨中，在高压作用下短时间内(1小时之内)使秸秆中的粗纤维发生转化,并结合非蛋白氮制成氨化饲料。该预处理操作难度大，运行成本高，不易推广。

文献：马淑勍等. 氨化预处理对稻草厌氧消化产气性能影响，农业工程学报, 2011, 27(6):294-299.中使用氨化（NH₃·H₂O）预处理方法对麦秸进行预处理，预处理温度为30℃，预处理时间为7天，晾晒2天，预处理时间共计9天。消化周期为70天，该方法当与未经氨化预处理的方法相比累计产气量提高了8～38%，该方法相对于氢氧化钠预处理方法相比，不会造成二次污染，同时不需要调节碳氮比，但是其不足之处是氨化预处理时间较长，并没有对甲烷总产量做出具体研究。

在实际生产过程中，在低成本，低污染条件下产生高质量的沼气是重点。为了提高甲烷产量，降低厌氧发酵过程对环境造成的污染，本发明采用一定参数下的氨化预处理方法来提高稻草厌氧消化产气质量，即提高甲烷产量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种通过改变预处理参数提高秸秆厌氧消化过程中甲烷产量的预处理方法。

本发明的具体步骤如下：

1)原料准备。本发明所用秸秆为经过自然风干且没有发霉的稻草，并且粉碎至2cm以下。另外需要含氨试剂作为预处理试剂，可以为氨水、固态碳酸铵和尿素，本发明所用的试剂为一定质量分数的氨水。厌氧发酵过程需要接种物，接种物厌氧污泥来自污水处理厂的活性污泥，包含有大量厌氧菌群，活性污泥需要沉降一周以上。

2)原料预处理。先将切碎稻草放置密封袋中，并将袋中空气排空，然后将一定质量分数的氨水和一定量水均匀混合迅速倒入密封袋里，氨水的添加量为纯氨是稻草干重的2%~6%，一定量的水加上氨水中的水和稻草中所含的水的总质量为稻草干重的30%~90%。其中当总水量为60%~90%时，稻草全部浸泡在含氨溶液中，并且刚好有少量多余流动水存在，该状态称为湿式浸泡状态。密封袋迅速封口，然后揉搓密封袋中的稻草使倒入的溶液均匀混合在稻草中。最后在25℃~35℃环境中保存，预处理时间为90h~110h。（预处理时间的确定通过预先实验得到，在保存期间每天测定密封袋中预处理后稻草的pH，当pH值变化趋于稳定时视为预处理完成。经过测定确定预处理时间为90h~110h天。）

3)厌氧发酵。将预处理后的稻草与厌氧污泥一起加入厌氧发酵反应器中，其中稻草的加入量为50~100gTS/L（干重），而厌氧污泥的加入量为15gMLSS/L。再加入自来水至反应器的总体积的80%~90%，充入氮气，然后用橡胶塞密封，并将反应器固定在摇床中，摇床温度恒定在32℃~37℃之间，摇动。厌氧发酵反应T₈₀。在实际生产中反应时间一般根据达到总产气量80%的时间T₈₀确定，T₈₀是厌氧发酵周期长短的表征参数。测定所用稻草和接种物的总固体含量TS和总挥发性固体VS，利用排水法测定每天的产气量，测定甲烷百分含量，计算日产甲烷含量。所有数据用于评价氨化预处理效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：