[发明专利]一种预处理植物粉末、植物秸秆预处理方法和植物秸秆预处理系统

说明书

本发明提供了一种预处理植物粉末、植物秸秆预处理方法和植物秸秆预处理系统，属于环境治理技术领域。本发明将植物秸秆进行破碎处理，得到植物粉末，将所述植物粉末在磁性沸石‑锰氧化物催化材料与弱酸水溶液存在条件下进行预热处理，之后继续在弱碱水溶液存在条件下进行热水解处理，最终得到预处理植物粉末。采用本发明方法能够高效破坏植物中的木质素结构，将其转化为容易被生物酶解的物质，且尽可能不破坏纤维素以及半纤维素结构，提高植物的生物利用性，所得预处理植物粉末经酶解处理后，可用于污水处理厂反消化碳源；且本发明方法工艺简单，生产成本低，适合规模化连续生产和应用。

技术领域

本发明涉及环境治理技术领域，尤其涉及一种预处理植物粉末、植物秸秆预处理方法和植物秸秆预处理系统。

背景技术

目前，随着环保力度加大和污水排放标准的逐渐提高，总氮指标要求越来越高，普遍要求达到城市污水排放一级A标准，即TN＜15mg/L，而在一些环保要求更高的地区排放标准为TN＜10mg/L，这对污水处理的反硝化处理提出了更高的要求。现有的反硝化处理中往往存在碳源不足的问题，必须外加碳源，如乙酸钠、乙酸、甲醇、乙醇、葡萄糖等。乙酸、甲醇、乙醇属危化品，由于安全原因，很少被采用；葡萄糖由于反硝化速率慢而少有应用。乙酸钠由于反硝化速率快、来源广泛、使用安全而被普遍使用，但其使用成本高，不经济。近年来，研究人员正在开发各种复合碳源，旨在提高碳源COD值，以降低碳源投加量，提高性价比。

木质纤维素是地球上最为丰富的有机资源，每年生物圈中可产生大约850亿吨，人类仅利用了4.8％。木质纤维素中的有机成分主要包括30～40％纤维素、20～30％半纤维素和10～15％木质素等。木质纤维素通过物理、化学、生物等方法处理，得到生物质燃料，已有很多报道，但将其用于污水处理碳源尚没有报道。由于复杂的材料结构、木质素的存在等问题，木质纤维素很难直接作为污水处理厂反消化碳源使用。因此，如何对木质纤维素进行预处理，提高其生物利用性，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预处理植物粉末、植物秸秆预处理方法和植物秸秆预处理系统，采用本发明提供的方法能够高效破坏植物中的木质素结构，同时尽可能不破坏纤维素以及半纤维素结构，提高植物的生物利用性；且本发明提供的方法工艺简单，性价比高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种植物秸秆预处理方法，包括以下步骤：

将植物秸秆进行破碎处理，得到植物粉末；

将所述植物粉末、磁性沸石-锰氧化物催化材料与弱酸水溶液混合，在超声条件下进行预热处理，之后将所得预热处理体系进行第一固液分离，将所得第一固体物料水洗至中性，经第二固液分离后得到第二固体物料；

将所述第二固体物料与弱碱水溶液混合，进行热水解处理，之后将所得热水解处理体系经磁分离去除磁性沸石-锰氧化物催化材料，将剩余物料进行第三固液分离，将所得第三固体物料水洗至中性，经第四固液分离后得到预处理植物粉末。

优选地，所述植物秸秆包括草本植物秸秆。

优选地，所述植物粉末的粒度为60～100目。

优选地，所述弱酸水溶液中的弱酸包括乙酸、柠檬酸、酒石酸和葡萄糖酸中的一种或几种，所述弱酸水溶液中弱酸的质量含量为0.01～1％，所述弱酸水溶液与植物粉末的质量比为(5～10)：1。

优选地，所述磁性沸石-锰氧化物催化材料的质量为所述植物粉末质量的0.01～1％。

优选地，所述超声的频率为20～50kHz，输入功率为0.01～1W/mL；所述预热处理的温度为60～100℃，时间为0.1～5h。