[发明专利]一种沼液预处理玉米秸秆制沼方法及其条件优化方法

说明书

本发明提供了一种沼液预处理玉米秸秆制沼方法，包括以下步骤：首先对玉米秸秆风干并粉碎过筛，然后进行预处理沼液和接种沼液的制备，接着通过预处理沼液对玉米秸秆进行预处理，最后将预处理后的玉米秸秆与接种沼液进行厌氧消化。本发明还提供了对制沼方法的条件优化方法，也就是以预处理沼液用量、预处理温度以及预处理时间作为条件优化的单因素，通过响应面试验设计及结果得到预处理过程的最优条件。本发明通过以沼液为促进剂，对木质素和纤维素含量较高的玉米进行预处理，从而使预处理后的玉米易于进行厌氧发酵；同时在操作过程中无需格外的设备，成本较低；且通过响应面法得到预处理的最佳条件19.08％TS，29.78℃和5.42天，得到理论产气量为4786.3mL。

技术领域

本发明涉及生物能源技术领域，具体为一种沼液预处理玉米秸秆制沼方法及其条件优化方法。

背景技术

我国的秸秆产量很大，秸秆的利用十分关键，其中生物处理制沼气不仅可以减少秸秆过剩带来的许多环境污染问题，也可以解决一些地区的沼气原料短缺，因此生物处理制沼气得到广泛的应用。但由于秸秆自身特殊的结构，表面的硅氧蜡质层，纤维素多以结晶态存在，微生物无法有效进行降解。因此需要对秸秆类原料进行预处理。

目前常用的预处理方法主要包括物理，化学和生物三大类。然而由于现有的预处理方法存在的设备要求高，高能耗以及酸碱废水的产生等缺点，目前尚未在工业上得到应用。

生物预处理的方法是筛选一些细菌、真菌、放线菌等，或采用复合菌剂，例如黑曲霉(Aspergillus)、木霉(Trichoderma)、草酸青霉(Penicillium)和白腐真菌组成的HK-4及白腐菌和木霉，利用微生物分泌多种生物酶协同作用下发生的酶催化反应，破坏秸秆的大分子物质。生物预处理因其化学及能源的使用量低，环境友好得到更多的关注，但目前集中于在各种特定微生物菌剂对木质纤维素降解和产气量的影响。

沼液作为来自厌氧发酵体系中的物质本身带有大量的微生物其中不乏可降解木质纤维素的微生物，但当前沼液作为厌氧发酵后的废物其处理也有一定的难度，若可将沼液作为厌氧发酵预处理的原料可减少其排放同时降低预处理的成本。楚莉莉等以小麦秸秆为原料经沼液预处理6天后VS产气量可达到149.4mL/g。Hu等用玉米秸秆为原料对沼液预处理对预处理时间和沼液TS含量进行优化，得到结果为经30.5g/L的沼液预处理3天，达到80％累积产气量(t80)的时间可缩短33.3％。李平等经研究发现，经沼液预处理水稻秸秆其TS产气率达到333.9mL/g，TS产甲烷率达到180.7mL/g，可较空白提高27.9％和21.2％，同时产气周期缩短至19d。但是目前大部分研究仅集中在确定沼液预处理可提高产气量，具体的预处理方法以及预处理方法中的最优条件依然值得探究。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种沼液预处理玉米秸秆制沼方法及其条件优化方法，本方法条件温和，过程简单，通过沼液对玉米秸秆预处理后再使用接种沼液与预处理后的玉米秸秆厌氧消化，能够有效提高产气量，并使用响应面法对制沼过程的预处理条件进行优化，得到最优的预处理条件。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种沼液预处理玉米秸秆制沼方法，包括以下步骤：

步骤1、玉米秸秆原料准备

将玉米秸秆风干并粉碎，保存备用；

步骤2、沼液制备

预处理沼液：将序批式干发酵产生的沼液静置沉降3～7天至不再产气，然后混合均匀至TS浓度为0.37％±0.11％，pH为7.2，得到预处理沼液，备用；

接种沼液：将连续搅拌釜反应器中的沼液静置沉降7～8天至不再产气得到接种沼液，所述接种沼液的TS浓度为4.36％±0.04％，pH为7.1；

步骤3、预处理方法