[发明专利]一种基于土壤多效耦合效应的秸秆干法厌氧发酵方法

说明书

本发明涉及生物质能源技术领域，具体涉及一种基于土壤多效耦合效应的秸秆干法厌氧发酵方法，将农作物秸秆粉碎后装入反应器，添加接种物，添加土壤，进行厌氧发酵，直至产气停止。本发明基于土壤胶体、盐基离子、微量元素等组分具有的酸碱缓冲性、阳离子交换性、对酶的激活性等多重耦合效应，实现了对干法厌氧发酵产沼气的提质增效，为解决传统干法厌氧发酵的低效热、质传递问题提供了一种有效的方法。

技术领域

本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种基于土壤多效耦合效应的秸秆干法厌氧发酵方法。

背景技术

我国是农业大国，每年产生的秸秆高达九亿吨，如果不对其进行合理利用，仅用作焚烧或饲料势必会造成资源浪费和环境污染，因此我国大力提倡秸秆的“能源化、资源化、饲料化、原料化与基料化”利用；其中，基于生物厌氧发酵技术制备甲烷(CH₄)等清洁能源是实现秸秆资源化和能源化利用的一种极具发展前景的技术，不仅能够变废为宝、有助于应对能源危机、降低能源对外依赖度，还能实现物尽其用、减少化石燃料对于环境的污染及推动农业绿色循环发展。

厌氧发酵能够根据原料的干物质含量分为干法发酵和湿法发酵两大类。由于湿法发酵存在单位质量的有机物占用反应体积大、处理过程需要大量水、及沼渣和沼液分离困难等问题，在处理畜禽粪便、餐厨垃圾等有机固体废物时劣势比较明显。与之相较的干法厌氧发酵具有明显的优势，不仅单位容积产气能力高，发酵过程需水量少，发酵剩余的沼液少，后续处理费用低，也没有湿法发酵的浮渣、沉淀等问题。因此干法厌氧发酵相较于湿法，具有实用性强、适用范围广等明显优点。

但是，由于干法厌氧发酵过程缺少自由水，底物和接种物之间存在异质性，微生物在固体机制中进行生长代谢产生的热量、中间产物和水分等在底物中不易扩散，这直接影响了干法厌氧发酵的正常进行。反应器中热、质传递是主要问题，通常情况下在干法厌氧发酵系统内，发酵过程产生大量的代谢热，产热速率与代谢活动成正比，固体基质导热性较差，中心温度可能达到60-70℃，底物与接种物之间的传质性差，都将会影响微生物的生长；总之，热、质传递效率低是干法厌氧发酵的主要问题，直接降低了干法厌氧发酵的能源转化效率。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种基于土壤多效耦合效应的秸秆干法厌氧发酵方法，本发明基于土壤多效耦合效应，通过向干法厌氧发酵体系中添加适量土壤，解决传统发酵体系中的低效热、质传递问题。土壤胶体、盐基离子、微量元素等组分具有的酸碱缓冲性、阳离子交换性、对酶的激活性等多重耦合效应，对于干法厌氧发酵产沼气的提质增效有明显作用。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种基于土壤多效耦合效应的秸秆干法厌氧发酵方法，包括如下步骤：

步骤1、原料预处理：

将农作物秸秆经粉碎处理后过筛；将土壤自然风干后过筛；接种物为含有丰富厌氧微生物菌群的种源；

步骤2、厌氧发酵：

于反应器内，依次添加农作物秸秆、接种物、土壤，然后向反应器内通入氮气，当达到无氧状态后厌氧发酵；

土壤的干重与农作物秸秆干重质量比为1：1-10。

优选的，土壤的干重与农作物秸秆干重质量比为1：2.5-5。

优选的，土壤的干重与农作物秸秆干重质量比为1：2.5。

优选的，接种物干重与秸秆干重的质量比值为0.2-0.3：1，但不包括0.2。

优选的，所述接种物包括但不限于含丰富厌氧微生物菌群的污水处理厂的污泥、含丰富厌氧微生物菌群的沼气工程的发酵料液、含丰富厌氧微生物菌群的荷塘污泥。

优选的，农作物秸秆干重和接种物干重的总固体体积占反应器有效反应体积的15-40％。