[發(fā)明專利]一種以黃化秸稈為底物經(jīng)水解酸化后高效產(chǎn)酸的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710155324.6
• 申請(qǐng)日: 2017-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106748560A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李維尊;鞠美庭;邢藝洲;王劍;楊茜;木合塔爾·吐?tīng)柡?/a>;王晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開(kāi)大學(xué);喀什大學(xué)
• 主分類號(hào): C05G3/04
• 分類號(hào): C05G3/04;C05G3/00;C05F17/00;C12P5/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及以黃化農(nóng)作物秸稈為底物高效水解產(chǎn)酸用于土壤酸化改良的方法。

背景技術(shù)

中國(guó)作為擁有15億畝農(nóng)田的農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈量很大，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此迫切需要一種更加高效實(shí)用的消化秸稈的方法，來(lái)解決每年秸稈所產(chǎn)生的環(huán)境壓力。若能有效利用，既能緩和農(nóng)村種植業(yè)發(fā)展與環(huán)境之間的矛盾，又能實(shí)現(xiàn)資源的回收利用，可為當(dāng)前中國(guó)農(nóng)作物秸稈的處理提供一種可行的辦法，也符合中國(guó)當(dāng)前的環(huán)保政策。

厭氧水解酸化技術(shù)最初運(yùn)用于廢水處理工藝，即在大量水解酸化細(xì)菌的作用下將不溶性有機(jī)物水解為溶解性有機(jī)物，將難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)的過(guò)程，并通過(guò)微生物的代謝過(guò)程產(chǎn)生各種有機(jī)酸用于其他領(lǐng)域。由于黃化秸稈特殊的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，自然界中常規(guī)的水解酸化細(xì)菌對(duì)其很難降解。為提高秸稈的水解酸化效果，對(duì)菌源進(jìn)行定向馴化和對(duì)秸稈進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理非常關(guān)鍵。通過(guò)馴化和預(yù)處理，污泥中的水解酸化菌能夠有效利用秸稈中的纖維素和半纖維素，產(chǎn)生的有機(jī)酸作為重要中間代謝產(chǎn)物被大量積累。有機(jī)酸不僅能直接被植物吸收利用，還能對(duì)土壤起到改良的效果。

藍(lán)莓作為一種新興果樹(shù)，具有較高的營(yíng)養(yǎng)與藥用價(jià)值，發(fā)展藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)具有十分重大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。但藍(lán)莓生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)土壤環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，即需要強(qiáng)酸性土壤（pH 4.5-5.5）。目前藍(lán)莓栽培比較突出的問(wèn)題就是土壤改良成本太高，這嚴(yán)重制約藍(lán)莓的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。為了加速藍(lán)莓的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培，針對(duì)藍(lán)莓的種植進(jìn)行土壤酸化改良顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是根據(jù)上述問(wèn)題，提供以黃化農(nóng)作物秸稈為底物進(jìn)行水解酸化的最適產(chǎn)酸條件和方法的研究。該方法以高粱秸稈和玉米秸稈為代表性底物，接種經(jīng)過(guò)定向馴化的菌源，通過(guò)控制水解酸化條件，以期獲得高產(chǎn)有機(jī)酸。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟：

（1）用微晶纖維素對(duì)活性厭氧污泥進(jìn)行馴化，富集高效降解秸稈的水解酸化菌；

（2）利用固體堿對(duì)黃化秸稈進(jìn)行預(yù)處理；

（3）將馴化后的污泥與處理好的秸稈按一定質(zhì)量比進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)體系的含水率及初始pH值，在完全密閉無(wú)氧的條件下，恒溫進(jìn)行水解酸化3-4天，得到酸化液；

（4）提取酸化液用于土壤酸化改良或進(jìn)行元素復(fù)配制備藍(lán)莓專用有機(jī)肥，剩余的固體物質(zhì)可用于厭氧消化產(chǎn)沼氣。

其中，所述的活性厭氧污泥取自于本實(shí)驗(yàn)室污水處理厭氧段污泥，其初始TS為14.76%。

其中，所述的活性厭氧污泥的馴化方法為：厭氧發(fā)酵罐（總體積10 L，有效體積6 L）引入初始污泥，用蒸餾水調(diào)節(jié)系統(tǒng)TS值為2-7%。啟動(dòng)加熱裝置于33-42℃條件下預(yù)培養(yǎng)3天；第4天起，每天定期進(jìn)出料200 mL。進(jìn)料配制為：150-200 mL蒸餾水和7-15 g微晶纖維素；經(jīng)過(guò)2個(gè)水利停留時(shí)間（HRT）的馴化后（HRT 40 d），馴化結(jié)束；該厭氧泥可作為后續(xù)試驗(yàn)用的菌源。

其中，所述的黃化秸稈是粉碎的高粱秸稈或玉米秸稈，過(guò)10-20目篩（取篩下率）。

其中，所述的固體堿為Ca(OH)2固體，且按照秸稈質(zhì)量的4%-7%投加，通過(guò)蒸餾水調(diào)節(jié)至體系含水率為75%-85%，在55℃-65℃條件下處理1-2d。

其中，將馴化后的污泥與處理好的秸稈按質(zhì)量比1：（1-2）進(jìn)行混合，蒸餾水調(diào)節(jié)TS為5-6%。KOH調(diào)節(jié)pH為8-11；通入氮?dú)?-5 min創(chuàng)造厭氧環(huán)境；在完全密閉無(wú)氧的條件下，恒溫37-45°C進(jìn)行水解酸化3-4天。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)ⅫS化秸稈進(jìn)行多元化分級(jí)利用，具有成本低廉，操作簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)秸稈單一處理方式，其產(chǎn)生的有機(jī)酸不僅能對(duì)土壤進(jìn)行酸化改良，還能為后續(xù)藍(lán)莓專用有機(jī)肥的制備和秸稈產(chǎn)沼提供原料。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過(guò)以下實(shí)施例進(jìn)一步詳述，但本實(shí)施例所敘述的技術(shù)內(nèi)容是說(shuō)明性的，而不是限定性的，不應(yīng)依此來(lái)局限本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1：

一種以高粱秸稈為底物經(jīng)水解酸化后高效產(chǎn)酸的方法，步驟如下：

1）厭氧發(fā)酵罐（總體積10 L，有效體積6 L）引入初始污泥（TS 14.76%），用蒸餾水調(diào)節(jié)系統(tǒng)TS值為3%。啟動(dòng)加熱裝置于37.0±0.5℃條件下預(yù)培養(yǎng)3天。第4天起，每天定期進(jìn)出料200 mL。進(jìn)料配制為：200 mL蒸餾水和10 g微晶纖維素。經(jīng)過(guò)2個(gè)水利停留時(shí)間（HRT）的馴化后（HRT 40 d），馴化結(jié)束。