一种提高秸秆沼气产量的方法技术

本发明专利技术涉及厌氧消化技术领域，具体涉及一种提高秸秆沼气产量的方法。本发明专利技术所提供的方法，采用二氧化碳微纳米气泡水进行干黄秸秆浸泡预处理及厌氧消化调控，提高秸秆厌氧产气率。本发明专利技术所提供的方法在浸泡预处理和厌氧消化过程中，将二氧化碳微纳米气泡水作为添加剂，促进秸秆水解产酸，同时提高微生物活性，增加沼气产量和速率。采用本发明专利技术所提供的方法，通过使用二氧化碳微纳米气泡水浸泡预处理和厌氧消化调控联合处理，对单位累积甲烷产量的提高率在21.4％以上。提高率在21.4％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种提高秸秆沼气产量的方法


[0001]本专利技术涉及厌氧消化
，具体涉及一种提高秸秆沼气产量的方法。

技术介绍

[0002]秸秆厌氧消化可同步实现秸秆的能源化(沼气)和肥料化(沼液沼渣肥)利用，克服秸秆直接还田弊端，实现秸秆间接还田与生物燃气回收，促进物质循环，对保证农业可持续绿色发展具有重要意义。我国秸秆多为干黄秸秆，木质化程度高，在一定程度上制约了秸秆沼气工程的发展。因此，秸秆在进入厌氧消化反应器前需进行原料预处理，破坏其致密的结构，提高生物可降解性，结合厌氧消化过程优化调控，实现高效快速产甲烷。
[0003]目前，秸秆厌氧消化预处理主要分为物理法(粉碎、挤压、水热和蒸汽爆破等)、化学法(酸、碱和过氧化物等)和生物法(白腐真菌和纤维素酶等)。虽然经过常规预处理均能增加原料的可降解性和提高沼气产量，但是额外的能源和化学试剂的投入也增加了处理成本，形成不同程度的二次污染。因此，绿色环保的秸秆预处理技术成为秸秆沼气工程发展的热点问题。
[0004]同时，为了提高原料产气量，往往对厌氧消化过程进行优化调控。但目前调控手段仅集中在优化发酵时间和温度、调节有机负荷等技术操作方面，但对于厌氧消化体系的优化研究较少。因此，优化秸秆厌氧消化过程，改善传质效率对于提高产气具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种提高秸秆厌氧消化沼气产量的方法。
[0006]本专利技术提供一种提高秸秆沼气产量的方法，以干黄秸秆为原料进行浸泡预处理和厌氧消化生产沼气；采用二氧化碳微纳米气泡水作为浸泡预处理和厌氧消化的添加剂。
[0007]干黄秸秆是指，将从大田收获的秸秆，干黄秸秆不用进行人工干燥处理。
[0008]以秸秆为原料进行厌氧消化产生沼气，主要是微生物利用秸秆中的有机物，产生沼气。本专利技术所针对的秸秆为干黄秸秆，采用干黄秸秆进行厌氧消化获得沼气，需要破坏干黄秸秆中的木质纤维素结构，使有机物被微生物充分利用。
[0009]在本专利技术所提供的方法中，浸泡预处理包括：将干黄秸秆进行剪碎，剪碎的秸秆与二氧化碳微纳米气泡水混合密封，厌氧条件下浸泡处理，获得浸泡液。
[0010]在本专利技术所提供的方法中，以质量比计，剪碎的秸秆与二氧化碳微纳米气泡水的质量比为1:(5
‑
20)。
[0011]在本专利技术所提供的方法中，所述浸泡处理的温度为20
‑
40℃；浸泡处理的时间为3
‑
5天。
[0012]在本专利技术所提供的方法中，所述剪碎后的秸秆长度为1
‑
3cm。
[0013]更具体地，干黄秸秆在进入厌氧消化反应器前需进行原料预处理，破坏其致密的结构，提高生物可降解性。本专利技术通过采用二氧化碳微纳米气泡水浸泡干黄秸秆，获得较多的有机酸。
[0014]并且，本专利技术结合在厌氧消化过程中添加二氧化碳微纳米气泡水优化调控厌氧消化过程，实现高效快速产甲烷。
[0015]目前，秸秆预处理方式主要为酸碱等化学预处理，但是化学药品的添加导致了成本上升和造成了二次污染。因此基于探究环保无污染的预处理问题是十分有意义的。二氧化碳气溶于水中可呈弱酸性(常温常压下pH为5.6)，但使用微纳米气泡技术制备二氧化碳微纳米气泡水，在水中溶解更多的CO2，其pH可以达到4.2左右。弱酸性溶剂提高了干黄秸秆浸泡预处理效果。
[0016]同时目前秸秆浸泡预处理多采用的为沼液浸泡或粪水浸泡，其主要强调的微生物对秸秆的初步分解作用，以提高产气。而本专利技术中的二氧化碳微纳米气泡水主要是利用其弱酸性的化学预处理作用和促进微生物活性的生物预处理作用的协同预处理。(化学+生物法)。
[0017]在本专利技术所提供的方法中，厌氧消化包括：向浸泡处理结束的浸泡液中添加接种物和二氧化碳微纳米气泡水。
[0018]在本专利技术所提供的方法中，以挥发分固体质量计，所述接种物与干秸秆的比例为1:2
‑
2:1。
[0019]在本专利技术所提供的方法中，在厌氧消化过程中，所述二氧化碳微纳米气泡水的添加量为原料和接种物总质量的50
‑
100％。
[0020]在本专利技术所提供的方法中，所述厌氧消化为中温厌氧消化(37℃)或高温厌氧消化(55℃)；所述厌氧消化的时间为35
‑
50天。
[0021]根据本领域技术人员的理解，本专利技术还请求保护，本专利技术所提供的方法，在提高秸秆沼气产量和沼气速率中的应用。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术创新秸秆厌氧消化产沼气的方法，在以干黄秸秆为原料进行厌氧消化产气时，采用二氧化碳微纳米气泡水作为浸泡预处理的浸泡水，促进半纤维素降解为木糖等小分子糖类，破坏木质纤维素致密结构，增加秸秆的有效比表面积，进而有利于微生物与秸秆接触，加快降解速率，提高产气量。
[0024]本专利技术在采用二氧化碳微纳米气泡水作为浸泡预处理的浸泡水后，继续采用二氧化碳微纳米气泡水作为厌氧消化的添加剂，浸泡处理与厌氧消化处理协同，能够实现调控单位甲烷产量提高21.4％，并且可以提高产沼气速率。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1的实施操作流程图。
[0026]图2为本专利技术实验例各实验组的累积沼气产量对比图和累积甲烷产量对比图。
具体实施方式
[0027]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供一种二氧化碳微纳米气泡水进行干黄秸秆浸泡预处理、促进厌氧消化产气效率的方法，所用水稻秸秆取自于湖北某地，操作流程如图1所示，具体方法如下：
[0030]1)浸泡预处理阶段，将水稻干黄秸秆收获后剪切为2
‑
3cm，然后将干黄秸秆和二氧化碳微纳米气泡水按照固液比1:10的比例混合装入250ml密封瓶中，然后使用氮气瓶吹拂顶空1
‑
2min除去顶部的氧气，使用橡胶塞密封，放置在37℃恒温箱中5天。期间每天手动摇晃1min，保证物料与二氧化碳气泡水的混合均匀性，获得浸泡液。
[0031]2)厌氧消化调控阶段，浸泡预处理结束后将预处理的瓶塞打开，向步骤1)中获得的浸泡液中，加入接种物和二氧化碳纳米气泡水。
[0032]具体地，接种物的添加量，按照水稻秸秆原料和接种物的VS(挥发分固体质量)1:1.5接种，然后加入约100ml的二氧化碳微纳米气泡水。然后使用氮气瓶吹拂顶空1
‑
2min除去顶部的氧气，使用橡胶塞密封，放置在37℃水浴锅中，每天记录产气量和甲烷比例。
[0033]实验例
[0034]本实验例设置以下处理组，见表1：
[0035]S1组：实施例1的水稻秸秆处理方法；
[0036]S2组：相比于S1组，区别在于厌氧消化过程未添加CO2微纳米气泡水；
[0037]S3组：相比于S1组，区别在于浸泡预处理过程未添加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高秸秆沼气产量的方法，其特征在于，以干黄秸秆为原料进行浸泡预处理后，厌氧消化生产沼气；采用二氧化碳微纳米气泡水作为浸泡预处理和厌氧消化的添加剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，浸泡预处理包括：将干黄秸秆进行剪碎，剪碎的秸秆与二氧化碳微纳米气泡水混合密封，厌氧条件下浸泡预处理，获得秸秆浸泡液。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以质量比计，剪碎的秸秆与二氧化碳微纳米气泡水的质量比为1:(5
‑
20)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述浸泡预处理的温度为20
‑
40℃；浸泡处理的时间为3
‑
5天。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述剪碎后的秸秆长度为1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建斌，王恩振，孙辉，李欣，董仁杰，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：