[发明专利]一种低浓度NaOH预处理玉米秸秆提高沼气产量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质能源领域，具体涉及一种利用玉米秸秆进行厌氧消化产生沼气的方法，特别是一种低浓度NaOH预处理玉米秸秆提高沼气产量的方法。

背景技术

秸秆产沼气潜力巨大，利用秸秆厌氧发酵制取沼气不仅可以减少秸秆过剩带来的诸多环境污染问题，而且可以解决一些地区的沼气原料短缺。但是秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素形成了结晶度和聚合度较高的晶体结构，在自然条件下晶体很难被打破，若直接利用秸秆进行沼气发酵，则存在启动难、产气效率低、经济效益差的问题。针对这一难题，国内外学者经过不懈地研究发现，在秸秆发酵前对其进行预处理，可以改变它的物理结构，提高它的沼气发酵效率，其中利用NaOH对秸秆进行前期预处理是目前较为有效的预处理方法。但是目前的相关研究报道在具体的NaOH用量和预处理时间上还存在较大差异，而且在目前相关研究报道中，NaOH的质量浓度普遍较高，预处理后的残余碱液需要回收，发酵前秸秆中的碱液需要洗涤、中和，容易造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是要提供一种低浓度NaOH预处理玉米秸秆提高沼气产量的方法，利用低浓度NaOH溶液对玉米秸秆进行预处理，以达到降低预处理时的碱液用量来降低生产成本，避免造成二次污染的风险，同时提高玉米秸秆生物气产量。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种低浓度NaOH预处理玉米秸秆提高沼气产量的方法，包括以下步骤:

（1）化学预处理玉米秸秆：将玉米秸秆自然风干后进行粉碎，玉米秸秆粉碎后过1mm筛，然后取粉碎后的玉米秸秆与其等质量的质量浓度为4‰的NaOH溶液充分混合，然后放于容器中在常温下密封保存7天从而对玉米秸秆进行化学预处理；

（2）厌氧消化产生沼气：将步骤（1）中经化学预处理后的玉米秸秆取出后投入厌氧消化装置中，然后加入沼气接种物，沼气接种物为正常产气2个月的沼气池沼液，得到发酵液，使发酵液中固体含量为占发酵液总量的8%，其中沼气接种物的接种量为发酵液总量的25%，并用尿素调节厌氧消化装置中发酵液的碳氮比为20～30：1，厌氧消化温度调节为34～37 ℃，即可生产沼气。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤（2）中厌氧消化温度最好是调节为35℃。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤（2）中发酵液中的碳氮比最好为25：1。

本发明中，步骤（1）中添加的NaOH 中的氢氧根破坏了秸秆中木质素、纤维素和半纤维素之间的联结键, 并使部分木质素、纤维素和半纤维素得以分离或分解, 而且还使细胞壁膨胀、结构疏松, 扩大了纤维素、半纤维素与厌氧微生物的接触面，从而提高了秸秆的产气率。且质量分数为4‰的NaOH对其预处理7天即可满足要求，同时又能有效避免现有技术中使用高浓度碱液而造成的干物质损失，成本偏高，容易造成二次污染等缺陷。玉米秸秆与其等质量的碱液充分混合时，即可保持湿润，又无流动水，可以降低由于碱液流动而造成二次污染的风险；再经过步骤（2）的厌氧消化产生生物气过程中使用的厌氧消化装置为隔绝外界空气的恒温装置反应器，反应器的顶部设置进料口和生物气出口，底部设置有沼渣出口，经过上述配置调节发酵液后，能够提高沼气产生量，而且经厌氧消化后留存的沼渣富含有机质和氮磷钾等多种元素，是农作物生长的优质肥料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

通过适当地延长化学预处理玉米秸秆的时间来减少碱液用量，这不仅可以降低生产成本，而且可以降低碱液预处理造成二次污染的风险，同时还能提高沼气产量。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1

将玉米秸秆自然风干后进行粉碎，并过1 mm筛，然后与等质量的质量浓度为4‰的NaOH溶液充分混合，然后放于容器中，在常温条件下密封保存7天即可出料；

厌氧发酵在中温34℃条件下进行，发酵液总量为200 mL，发酵玉米秸秆的干物质质量为16.0 g，沼气接种物为50 mL正常产气2个月的沼气池沼液，发酵液中碳氮比用尿素调节为20：1，即可生产沼气。

实施例2

将玉米秸秆自然风干后进行粉碎，并过1 mm筛，然后与等质量的质量浓度为4‰的NaOH溶液充分混合，然后放于容器中，在常温条件下密封保存7天即可出料；