[發明專利]堿與鹽聯合預處理提高玉米秸稈厭氧消化甲烷產量的方法

有效

• 申請號: 201510013351.0
• 申請日: 2015-01-11
• 公開（公告）號: CN104593432B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 李秀金;劉春梅;袁海榮;鄒德勛;劉研萍;朱保寧
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于農業有機固體廢物厭氧發酵領域。具體涉及到一種利用堿性化合物預處理玉米秸稈的同時添加金屬鹽類的方式提高秸稈厭氧發酵過程中甲烷產量的方法。

背景技術

我國每年的農作物秸稈產量巨大，但秸稈利用率不高，大部分秸稈自然腐爛或就地燃燒，造成了相當數量的秸稈被遺棄和資源的極大浪費。因此廢棄秸稈資源化利用一直是研究熱點，而其中利用厭氧消化技術將秸稈轉化為高產熱值的沼氣具有巨大的開發潛力和利用價值。

利用厭氧消化技術處理玉米秸稈是一種可以將秸稈有效轉化為清潔能源以實現資源能源化利用的方法。但是在實際操作過程中，由于玉米秸稈結構復雜，由纖維素、半纖維素和纖維素組成，難以被厭氧微生物降解，導致常規厭氧發酵消化過程周期太長，產甲烷量太少，投入產出效益差，因此秸稈的常規厭氧發酵技術并沒有得到大規模應用與發展。

研究發現在厭氧發酵前對秸稈進行預處理，可以很大程度的提高甲烷產量。秸稈的預處理方法包括很多種，最常用的是化學預處理方法，其中氫氧化鈉預處理是一種應用最廣的化學預處理方法。文獻：龐云芝等.溫度和化學預處理對玉米秸稈厭氧消化產氣量的影響，生物加工過程，2005，3(1)：37-41.中使用氫氧化鈉預處理方法對玉米秸稈進行預處理，預處理溫度為35℃，4％氫氧化鈉預處理時間為30天。該方法當與未經預處理的方法相比累計產氣量提高了77％，雖然可以大幅度提高玉米秸稈厭氧消化時的產氣體積，卻不能提高甲烷的含量。實際應用中通常會投加過量的氫氧化鈉以保證達到預期處理效果，這使得預處理后的物料中含有大量堿液，這些堿液直接排放會產生浪費并造成嚴重的環境污染。

一些金屬鹽類是厭氧微生物新陳代謝所必需的微量營養元素和厭氧發酵酶系統的重要組成成分，能夠促進厭氧微生物的生長和激活酶的活性，加快甲烷的生物合成。而在厭氧消化反應過程中，厭氧微生物若不能攝入適量的微量營養元素，將會導致代謝活力降低，進而影響整個消化反應過程的進行。因此，在厭氧發酵開始時添加不同金屬鹽類，可以有效的提高厭氧微生物活性，進而提高甲烷含量。

鑒于以上預處理過程存在的問題，迫切需要尋找一種新的預處理方法以獲得較高的甲烷含量和有效降低預處理過程對環境的影響。本發明采用一定參數的氫氧化鉀及不同金屬鹽類聯合預處理技術，以提高玉米秸稈厭氧消化產氣量和甲烷含量，降低對環境的污染。本發明操作條件溫和，對反應器的抗壓和抗腐蝕性要求不高，可以改善玉米秸稈的生物降解性，顯著提高厭氧消化沼氣產量的效果，同時有效降低預處理過程對環境的影響。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種通過改變金屬鹽類添加量提高預處理秸稈厭氧消化過程中甲烷產量的方法。

堿與鹽聯合預處理提高玉米秸稈厭氧消化甲烷產量的方法，其特征在于：步驟如下：

將玉米秸稈粉碎后利用氫氧化鉀和金屬鹽類作為預處理試劑對玉米秸稈進行預處理，金屬鹽包括氯化亞鐵FeCl₂·4H₂O、氯化鈷CoCl₂·6H₂O以及氯化鎳NiCl₂·6H₂O；氫氧化鉀添加量為玉米秸稈干重的2％，氯化亞鐵FeCl₂·4H₂O為玉米秸稈干重的1％-15％，氯化鈷CoCl₂·6H₂O添加量為玉米秸稈干重的0.05％-1％，氯化鎳NiCl₂·6H₂O添加量為玉米秸稈干重的0.05％-1％，最后添加水使之與玉米秸稈中所含的水的總質量為玉米秸稈干重的六倍，用玻璃棒充分攪拌后，封口膜封口；室溫條件下密封保存3天后厭氧發酵；厭氧發酵過程需要活性污泥，活性污泥添加量相對于52g TS玉米秸稈為12g TS，再加入水至反應裝置總體積的80％，充入氮氣，然后用橡膠塞密封，并將反應器固定在搖床中，搖床溫度恒定在35±2℃之間。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1)厭氧發酵周期明顯縮短。室溫條件下堿和鹽添加聯合預處理玉米秸稈能夠縮短厭氧發酵周期。對于氫氧化鉀+鹽預處理組，與氫氧化鉀預處理組和未處理組相比T₉₀分別縮短到6～9d。若將該結果應用到實際工程中可以大大降低投資成本。