[发明专利]一种加快秸秆水解酸化的工业化生产工艺

说明书

本发明提供一种加快秸秆水解酸化的工业化生产工艺，涉及沼气原料加工领域，步骤包括沼液驯化，初次水解，以及二次水解。本发明通过将机械处理与酸化接种相结合，采用序批式反应酶水解工艺，能够精确控制水解反应进程，并能保证水解产酸的数量和质量，避免生料或半生料出料，并能显著提高后续产气效率。

技术领域

本发明涉及沼气原料加工领域，具体涉及一种以秸秆为底物经水解酸化后高效产酸的方法。

背景技术

中国作为拥有15亿亩农田的农业大国，每年产生的农作物秸秆量高，废弃或焚烧会造成严重的环境污染。因此迫切需要一种更加高效实用的消化秸秆的方法，来解决每年秸秆处理所产生的环境压力。有效利用秸秆资源，既能缓和农村种植业发展与环境之间的矛盾，又能实现资源的回收利用。为当前农作物秸秆的处理提供一种可行的办法，还能符合中国现代的环保要求。

秸秆中较难降解的主要成分为纤维素、半纤维素及木质素。其中纤维素由葡萄糖组成，半纤维素由木糖、阿拉伯糖组成，半纤维素相互交叉连接，吸附于纤维素上，并捆绑结构蛋白和木质素，使得秸秆降解困难。其中的木质素是一系列复杂的含有苯环的化合物通过醚键和碳碳键结合组成，具有三维结构的高聚物。因此木质素更加难以水解。

现有厌氧水解酸化技术常运用于废水处理工艺，即在大量水解酸化细菌的作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，并通过微生物的代谢过程产生各种有机酸用于其他领域。然而，由于秸秆特殊的物理化学结构，自然界中常规的水解酸化细菌对其很难快速降解。

目前现有的水解工艺主要有化学处理法(如酸法，碱法)，物理处理法(如破碎，超声波法)，以及生物处理法。化学处理法效果较好，但是使用的化学试剂昂贵，对后端沼气产生有抑制作用，很难工业化利用；物理处理法主要利用破碎，研磨，以及局部产生空穴效应将物料进行机械降解处理，该工艺能耗高，对设备损耗大，在工业应用中运营困难；生物处理是在一定条件下，通过水解酶的作用将秸秆进行水解破壁，运营费用低且效果显著，但是对控制技术要求高。常用生物处理的酶水解工艺多为敞口式连续进料工艺。该工艺无法收集水解气，同时由于连续性进出料，对于物料的水解进程很难把握，物料降解度参差不齐。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种加快秸秆水解酸化的工业化生产工艺。秸秆中的纤维素和半纤维素与木质素相比之下更加容易进行酸化水解。本发明通过将机械处理与酸化接种相结合，采用序批式反应酶水解工艺，能够精确控制水解反应进程，并能保证水解产酸的数量和质量，避免生料或半生料出料，并能显著提高后续产气效率。

一种加快秸秆水解酸化的工业化生产工艺，步骤包括：

1)沼液驯化：将水解纤维素酶与沼气工程的沼液混合，催化水解菌种生长，富集降解秸秆的水解酸化菌，得到驯化沼液；

2)机械处理：对黄化秸秆进行碾磨预处理；

3)初次水解：将驯化沼液与预处理后的秸秆混合，调节体系的含水率及初始有机载荷，在曝气-厌氧间隔条件下，恒温(30-70)℃进行水解酸化(5-24)h，得到初次水解物料；

4)二次水解：将初次水解物料转移至密闭无氧容器中，加入驯化沼液控制体系的干物质含量(简称TS值)为(8-15)wt％；在无氧(30-70)℃恒温酸化(5-24)h，富集有机酸得酸化底物；

优选的，在步骤1)中，所述沼液取自于沼气工程中的发酵剩余液，其初始的TS值为(1-3)wt％。

更优选的，在步骤1)中，所述沼液驯化方法的步骤包括：从厌氧发酵罐引出发酵剩余物，分离出发酵剩余液作为沼液；将沼液输入密闭发酵罐，(30-40)℃恒温加热条件下预培养，然后每天进料水解纤维素酶，同时出料(5-15)％v/v总体积的驯化物料，持续驯化(2-4)天。