一种分质分级预处理生物质干式发酵制备甲烷及有机肥的方法，先对生物质进行预处理，然后将预处理的生物质进行干式发酵，制得甲烷和有机肥；本发明专利技术与添加牛粪的发酵体系相比，启动速度大幅提升，每克生物质单位产气量达到134.9 mL/g VS，与添加牛粪的生物质单位产气量相比提高了84.3%。日产气效率提高64.1%；所的到的沼渣有机肥氮磷钾总和重金属含量符合国家标准要求，此外还含有丰富的微量金属元素。素。素。
【技术实现步骤摘要】
一种分质分级预处理生物质干式发酵制备甲烷和有机肥的方法
[0001]本专利技术属于生物质厌氧发酵领域，具体涉及一种分质分级预处理生物质干式发酵制备甲烷和有机肥的方法。
技术介绍
[0002]针对目前农村粪源短缺的问题，要加快以农作物秸秆等生物质资源为原料的发酵新技术的研发。生物质原料主要组份是纤维素、半纤维素及木质素，其生物转化工艺包括预处理、酶解和发酵。预处理的目的是分离或除去包裹在纤维素表面的木质素、半纤维素，破坏纤维内部的氢键和葡萄糖单元之间的β
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1,4
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糖苷键，改变晶体形态，降低聚合度，增大原料的比表面积和孔隙率，从而提高酶解效率。现如今常用的处理方法分物理法、化学法、生物法、物化耦合法。其中化学法中的碱处理因为处理条件温和，不易产生酶解抑制物等优点而研究较多，并且在碱性条件下加入O3、过氧化氢类氧化剂既能强化脱除木质素，还可以作为半纤维素的温和增溶剂，促进半纤维素的溶出。基于不同种属与来源的木质纤维原料结构和组份不尽相同，所采用的预处理工艺参数也要相应调整。
[0003]沼气发酵按照物料总固体含量(TS)可分为干式发酵、半干式发酵和湿式发酵。其中物料浓度在15％以上的为干式发酵，相对于传统的湿式发酵来说，干式发酵技术原料适应性较广，容积产出率较高；能生产清洁能源和优质有机肥，基本上达到零排放，满足现代农业对友好环境、清洁能源和优质肥料的需求，有利于沼气发酵的可持续运行。但干式发酵存在启动慢和传质不均匀的局限性，需要对发酵原料进行必要的合适的预处理以适应干式发酵反应。
技术实现思路
[0004]解决的技术问题：本专利技术提供一种分质分级预处理生物质干式发酵制备甲烷和有机肥的方法，对不同的生物质资源进行不同程度的分质分级预处理，简化预处理工艺，节省预处理能耗和成本。
[0005]技术方案：一种分质分级预处理生物质干式发酵制备甲烷和有机肥的方法，先对生物质进行预处理，然后将预处理的生物质进行干式发酵，制得甲烷和有机肥；所述生物质预处理步骤包括木质生物质、秸秆质生物质和叶质生物质的预处理，所述木质生物质预处理条件为：将粉碎的木质生物质物料按固液比1:(6～8)加入过氧化氢
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氢氧化钾体系中，固液比单位为g/mL，37℃处理24h，得到预处理产物；秸秆质生物质预处理条件为：将粉碎的物料按固液比1:(6～8)加入过氧化氢
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氢氧化钾体系中，固液比单位为g/mL，室温处理24h，得到预处理产物；叶质生物质进行粉碎处理即可。
[0006]优选的，将1份预处理后的木质生物质物料置于发酵罐中，加入2份风干牛粪，3份厌氧污泥，发酵罐通入氮气，置于37℃的水浴锅中发酵制备甲烷；发酵体系中固含量不小于15％，发酵周期为20～25天；发酵结束后，沼渣即为生物质有机肥。
[0007]优选的，将1份预处理后的木质生物质、1～1.5份粉碎处理的秸秆质生物质和0.5～1份粉碎的叶质生物质置于发酵罐中，加入3份厌氧污泥，发酵罐通入氮气，置于37℃的水浴锅中发酵制备甲烷；发酵体系中固含量不小于15％，发酵周期为20～30天；发酵结束后，沼渣即为生物质有机肥。
[0008]优选的，将1份预处理后的木质生物质、2份预处理后的秸秆质生物质置于发酵罐中，加入3份厌氧污泥，发酵罐通入氮气，置于37℃的水浴锅中发酵制备甲烷；发酵体系中固含量大于15％，发酵周期为20～30天；发酵结束后，沼渣即为生物质有机肥。
[0009]优选的，将1份预处理后的木质生物质物料、1～3份粉碎的秸秆质生物质物料和0.5份粉碎的叶质生物质原料置于发酵罐中，加入3份厌氧污泥，发酵罐通入氮气，置于37℃的水浴锅中发酵制备甲烷；发酵体系中固含量大于15％，发酵周期为20～30天；发酵结束后，沼渣即为生物质有机肥。
[0010]上述木质生物质为：杨木、桉木或竹；秸秆质生物质为：小麦秸秆或棉杆；叶质生物质为：构树叶或银杏树叶。
[0011]上述过氧化氢
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氢氧化钾体系的配制方法为：将10g氢氧化钾溶解于纯水中，加入20mL30wt.％的过氧化氢，定容到1L，同时均匀搅拌制得碱性过氧化氢溶液。
[0012]有益效果：(1)与其他预处理工艺相比，本专利技术所用的分质分级预处理针对不同的生物质采用不同程度的预处理工艺，处理条件温和，节约了处理时间和能耗，且该方法绿色环保，高效简便。(2)与添加牛粪的发酵体系相比，启动速度大幅提升，生物质单位甲烷产量提高84.3％，日产气效率提高64.1％；(3)所得到的沼渣有机肥氮磷钾总和重金属含量符合国家标准要求，此外还含有丰富的微量金属元素，肥料还田可促进农作物生长，有利于沼气产业的可持续发展。
附图说明
[0013]图1各实施例的甲烷产量图。
具体实施方式
[0014]以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0015]实施例1
[0016]1、材料
[0017](1)杨木加工剩余物：杨木加工剩余物用粉碎机粉碎，过0.85mm筛，烘干备用。
[0018](2)碱性过氧化氢：将10g氢氧化钾溶解于纯水中，加入20mL 30wt.％的过氧化氢，定容到1L，同时均匀搅拌制得碱性过氧化氢溶液。
[0019]2、预处理步骤
[0020]在蓝盖试剂瓶中加入10g粉碎的杨木加工剩余物和80mL碱性过氧化氢溶液，将瓶盖旋紧后置于37℃的水浴锅中反应24h。反应结束后备用。
[0021]3、厌氧发酵制备甲烷
[0022]将预处理后的杨木物料置于发酵罐中，加入20g含水率为10.0wt.％的风干牛粪，
30g含水率56.4wt.％的厌氧污泥，发酵罐通入氮气，置于37℃的水浴锅中发酵，发酵体系中固含量为28.6wt.％。
[0023]4、结果
[0024]定时检测甲烷产量和产率。经本实施例体系预处理的杨木加工剩余物产甲烷生产周期为20～25天，甲烷产量大于1700mL，日产气效率为73.9mL，生物质单位产气量为73.2mL/g VS。
[0025]实施例2
[0026]1、材料
[0027](1)桉木加工剩余物：桉木加工剩余物用粉碎机粉碎，过0.85mm筛，烘干备用。
[0028](2)小麦秸秆：小麦秸秆风干后用粉碎机粉碎，过0.85mm筛备用。
[0029](3)银杏树叶：银杏树叶风干后用粉碎机粉碎，过0.85mm筛备用。
[0030](4)碱性过氧化氢：将10g氢氧化钾溶解于纯水中，加入20mL 30wt.％的过氧化氢，定容到1L，同时均匀搅拌制得碱性过氧化氢溶液。
[0031]2、预处理步骤
[0032]在蓝盖试剂瓶中加入10g粉碎的桉木加工剩余物和80mL碱性过氧化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种分质分级预处理生物质干式发酵制备甲烷及有机肥的方法，其特征在于，先对生物质进行预处理，然后将预处理的生物质进行干式发酵，制得甲烷和有机肥；所述生物质预处理步骤包括木质生物质、秸秆质生物质和叶质生物质的预处理，所述木质生物质预处理条件为：将粉碎的木质生物质物料按固液比1:（6~8）加入过氧化氢
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氢氧化钾体系中，固液比单位为g/mL，37℃处理24 h，得到预处理产物；秸秆质生物质预处理条件为：将粉碎的物料按固液比1:（6~8）加入过氧化氢
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氢氧化钾体系中，固液比单位为g/mL，室温处理24 h，得到预处理产物；叶质生物质进行粉碎处理即可。2.根据权利要求1所述分质分级预处理生物质干式发酵制备甲烷及有机肥的方法，其特征在于，将1份预处理后的木质生物质物料置于发酵罐中，加入2份风干牛粪，3份厌氧污泥，发酵罐通入氮气，置于37℃的水浴锅中发酵制备甲烷；发酵体系中固含量不小于15%，发酵周期为20~25天；发酵结束后，沼渣即为生物质有机肥。3.根据权利要求1所述分质分级预处理生物质干式发酵制备甲烷及有机肥的方法，其特征在于，将1份预处理后的木质生物质、1~1.5份粉碎处理的秸秆质生物质和0.5~1份粉碎的叶质生物质置于发酵罐中，加入3份厌氧污泥，发酵罐通入氮气，置于37℃的水浴锅中发酵制备甲烷；发酵体系中固含量不小于15...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宁，姜越，蒋剑春，徐浩，杨静，赵剑，解静聪，童娅娟，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：
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