[发明专利]一种光催化预处理提高稻草厌氧消化产气性能的方法

说明书

一种光催化预处理提高稻草秸秆厌氧消化产气性能的方法，其特征在于按50gTS/L负荷称取一定质量的稻草秸秆，负荷以稻草秸秆TS计算；将二氧化钛加水溶解加入玻璃容器中，搅拌均匀之后，加入一定质量的秸秆继续搅拌均匀，然后放入光催化反应器中，溶液表面距灯源40‑50cm，开启汞灯照射1h～8h，在光照过程中一直采用搅拌器进行搅拌；反应溶液温度保持在47±2℃；预处理后的稻草秸秆与接种物混合，接种物为厌氧消化后的沼液，pH在7.0～8.0，氨氮在200～1500mg/L，碱度在2000～6000mg/L，接种量为20gMLSS/L；再加水，搅拌均匀，定容密封保证厌氧环境；在35±1℃的恒温水浴箱中进行中温厌氧消化过程25d，每天摇动1次。本发明无毒、无害，厌氧消化周期明显缩短，单位TS产甲烷量提高了12.87％～56.98％。

技术领域

本发明属于有机固体废弃物厌氧消化领域，具体涉及一种光催化预处理提高稻草产气性能的方法。

背景技术

我国是农业大国，每年各类作物秸秆高达8亿吨，大量的秸秆被露天燃烧或随意弃置，严重地影响了我国生态环境。通过厌氧消化技术将秸秆转化成沼气，是解决农业废弃物环境污染和实现废物资源化利用的一条有效途径。

秸秆是典型的木质纤维素生物质，主要由木质素、纤维素和半纤维素组成，其中木质素、纤维素和半纤维素的交联结构，尤其秸秆表面结构木质素的存在导致厌氧消化效率低，产气效率低。其中木质素是一种三维酚醛聚合物，复杂的结构导致其难以被微生物降解，而且也阻碍了微生物及酶对被木质素包裹其中的纤维素和纤维素的接触利用，因此通常需要在厌氧发酵前对秸秆进行预处理。预处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法等。其中物理方法主要是破坏木质素的晶体结构，而无法实现木质素的转化利用，而且大多采用高温高压条件，操作及装置比较复杂。化学方法预处理的过程中，化学药品会逸散至环境中，因此存在化学试剂的污染问题。物理化学方法虽然效果较好，但仍存在某些物理、化学法中的共性问题。而且物理和化学预处理手段主要集中于破坏木质素与纤维素和半纤维素的交联结构，从而使纤维素和半纤维素更易被微生物接触利用，然而对于木质素的降解效果较差，导致木质素无法在厌氧消化过程中被完全利用。生物处理方法虽然可以降解木质素，但木质素降解微生物种类少、分解酶类的酶活力低、处理时间长。以上预处理方法中很少有基于氧化的方法溶解木质素，使其顽固的有机部分有利于生物降解，因此本专利提出一种采用光催化预处理提高稻草产气性能的方法，通过光催化预处理技术降解木质素，释放其中的纤维素，并实现木质素的降解利用。

以往研究发现光催化可氧化降解木质素得到香兰素、愈创苯酚等小分子物质，但主要是对单一木质素的催化降解，而没有针对农作物秸秆的预处理方法，从而提高后续厌氧消化性能的研究。

文献：陈云平等.纳米TiO₂光催化降解碱木质素研究[J].生物质化学工程,2009,43(6):31～35.的研究发现：采用纳米TiO₂作为催化剂，在紫外光下催化氧化降解碱木质素,发现在木质素为5g,催化剂用量为0.75g/L、光照时间为2.5h和pH值为10时,降解率可达70％以上，降解后得到了紫丁香基衍生物、香草醛、愈创木基衍生物等小分子物质。

发明内容

因此针对厌氧发酵过程中，木质素难以被降解消化，厌氧消化效率低的问题，提出本发明。本发明的目的在于提供一种光催化预处理提高稻草秸秆厌氧消化产气性能的方法，具有以下特点：

本发明技术方案包含如下内容：

(1)原料与试剂

原料：秸秆原料准备，取风干的稻草秸秆，先切成3～4厘米，再用带40目筛网的粉碎机粉碎干燥保存备用；

试剂：TiO₂。

(2)预处理方法