[发明专利]微化粉碎预处理提高秸秆湿式厌氧消化产气性能的方法

说明书

本发明属于有机固体废弃物厌氧消化领域，提供一种微化粉碎预处理提高秸秆湿式厌氧消化产气性能的方法。具体为：取自然风干或烘干的秸秆(TS≥90±1％)反复揉搓后切成小段，充分研磨后过筛，保证得到粒径小于1mm的足量秸秆粉末，以秸秆VS：接种泥VS＝2:1的接种比接种厌氧消化污泥，加水定容后调节pH，进行中温厌氧消化。结果显示：经微化粉碎预处理后，VS降解率提高；厌氧消化周期明显缩短；单位产气量呈倍状提升；沼气中甲烷百分含量提高；且有效抑制了传统秸秆厌氧消化存在的浮渣现象。

技术领域

本发明属于有机固体废弃物厌氧消化领域，具体涉及一种微化粉碎预处理提高秸秆湿式厌氧消化产气性能的方法。

背景技术

基于生态学以及循环低碳经济的思想，发展以农业废弃物为原料进行厌氧消化处理农村清洁能源工程，有利于实现农业废弃物资源化利用与生态农业系统的有机集成；对于满足农民的生产用能需求，增加农民收入，改善农村生态环境，促进社会主义新农村建设具有重要意义。

中国是传统的农业生产大国，各类农作物秸秆资源丰富、分布广泛。据不完全统计，2015和2016年中国的农作物秸秆产量分别达到8.5和7.9亿吨；2017年 6月1日农业部农产品加工局、农业部规划设计研究院在北京召开农产品及加工副产物综合利用模式研讨会，会议指出，我国农产品及加工副产物、剩余物逐年增多，每年秸秆产量有9亿吨，加工副产物有5.8亿吨，加工副产物综合利用率平均不到40％，60％以上的副产物被随意堆放、丢弃或用作肥料还田、生活燃料，相当于7亿亩土地的投入产出和6000亿元的收入被白白损失掉。

厌氧消化是将作物秸秆变废为宝的有效手段，在厌氧条件下，秸秆等有机废物能被厌氧微生物分解利用产生甲烷。厌氧消化过程是在厌氧条件下由多种(厌氧或兼性)微生物共同作用，使有机物分解并产生甲烷和二氧化碳的过程。复杂有机物的厌氧消化过程由水解阶段、发酵酸化阶段、产乙酸产氢阶段以及产甲烷阶段组成。在这四个阶段中，前两个阶段的反应是由同一类细菌完成的，前三个阶段的反应速度很快，第四个阶段反应速度通常很慢。厌氧消化操作简单，成本较低且技术相对成熟，在我国已有许多工程应用实例。

秸秆密度小、体积大，进入厌氧发酵罐后很快形成浮渣层，影响气、液、固三相传质、传热和流动性，气体释放困难，增加了安全风险发生率；形成的固液分层易导致物料与接种物接触不充分，反应器内传热、传质不均匀，消化条件不易控制，进而影响微生物群落条件反射或水解不充分导致底物粘滞性高；秸秆中木质素含量较高，它是构成植物细胞壁的成分之一，亲水性基团少，常存在于植物纤维素之间的连接处，具有增强细胞及粘合纤维的作用，不溶于水和一般溶剂，化学性质非常稳定，对酶降解和微生物水解有很强的抗性，使微生物不能有效利用秸秆，并给纤维素和半纤维素的分解带来了一定的困难，导致消化率不高，投入产出效率差等问题。因此，在进行厌氧消化处理前，通常需要对秸秆进行一定的预处理，破坏其内部结构以利于其后续水解过程中释放出更多的糖类物质。

木质纤维素类原料的预处理方法主要物理处理法、化学处理法、物理化学综合处理法和生物处理法。物理处理能够降低秸秆的尺寸，提高秸秆的可接触面积，降低秸秆纤维素的晶度和聚合度，提高后处理过程的效率。化学法对条件要求低、时间短、处理效率高，但通常仅加入单一酸或碱，很难达到理想的效果，且产生的大量化学残液会迁移到沼渣沼液中，导致沼渣沼液难以被回收利用；生物处理对化学物质和能量的消耗较少，是一种生物安全、环境友好的秸秆处理方式，但需对特定菌种进行定向培养，对人员和设备条件的要求较高，大规模生产应用难度较大。

发明内容