[發明專利]一種氧化鈣和沼液聯合預處理提高稻草秸稈厭氧消化產氣性能的方法

有效

• 申請號: 201810251922.8
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108384813B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 袁海榮;管若琳;李秀金;劉研萍;左曉宇
• 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

一種氧化鈣和沼液聯合預處理提高稻草秸稈厭氧消化產氣性能的方法屬于有機固體廢棄物厭氧消化領域。本發明步驟：氧化鈣溶于沼液中；將秸稈粉碎后，與混合預處理試劑攪拌均勻，總固體濃度為5％?15％；將混合物置于密閉容器內在5?35℃恒溫箱預處理1?4d；接種厭氧消化污泥，調節pH，加水稀釋后進行中溫厭氧發酵過程。本發明(1)預處理時間明顯縮短，預處理效率提高了200％。(2)預處理秸稈的木質素降解率明顯提高，稻草秸稈最高木質素降解率為62.13％。(3)厭氧發酵周期明顯縮短。(4)厭氧消化后秸稈甲烷產量明顯提高。相對于單一化學預處理法和生物預處理法，本發明最高可以獲得712.50元/t秸稈的額外利潤，不僅提高稻草秸稈厭氧消化產氣性能，且大大提高沼氣工程的產能利潤。

技術領域

本發明屬于有機固體廢棄物厭氧消化領域，具體涉及一種氧化鈣和沼液聯合預處理提高稻草秸稈厭氧消化產氣性能的方法。

背景技術

我國是傳統的農業大國，年產農作物秸稈量達8億多噸，其中稻草秸稈產量達1.80-2.70億噸。因不能及時有效利用，絕大多數稻草秸稈被露天焚燒或野外堆放，嚴重污染大氣環境，同時浪費了資源。厭氧消化技術已被證明為有效獲取生物質能源的重要方法，具有低能耗、高產能等優點，目前在我國已經得到廣泛的工業化應用和規模化示范。

以秸稈為原料進行厭氧發酵，產量低、周期長。其主要原因為：(1)秸稈的主要組成成分(纖維素、半纖維素和木質素)結構復雜，難以被微生物直接利用；(2)預處理成本高，厭氧消化效率差。

在厭氧消化前，一般通過對秸稈進行預處理來提高其可生物降解性，這是解決秸稈組成成分結構復雜，難以被微生物利用問題的簡單而有效的方法。木質纖維素原料預處理的方法主要有物理法、化學法和生物法等。物理法不能從根本上改變其化學結構，預處理效果有限；化學方法雖然具有條件要求低、時間短、處理效率高等優點，但產生大量的化學殘液中殘留著酸、堿，使沼渣沼液難以回收利用，如果作為肥料施用到土壤中時，會引起土壤污染(如NaOH處理時的Na⁺)等二次污染問題。生物法預處理雖然條件比較溫和、對環境影響小、處理效率高，但通常需要對菌種進行培養，對人員和設備條件的要求比較高，因此實際應用難度較大。同時這些預處理方法都存在著預處理成本高，產能利潤低的問題

目前，我國大多數以稻草秸稈為原料的大型沼氣工程都采用濕式消化工藝，含水率高，發酵后產生的沼液處理難度大，且嚴重影響厭氧消化工程的運行。沼液的處理與利用已經成為大型秸稈沼氣工程推廣與應用的主要瓶頸之一。

文獻：彭翔等.沼液原位生化預處理玉米秸與豬糞混合厭氧消化性能分析(北京化工大學學報(然科學版),2016,43(6):71-77)的研究發現：在65gTS/L進料負荷條件下，沼液預處理的玉米秸稈與豬糞3:1(按TS比例計算)混合厭氧消化后，累積產甲烷量能提高8.07％-32.56％。當沼液過4mm篩網過濾、預處理溫度35℃、預處理時間3天時，產氣效率最高，單位TS產甲烷量為192.45mL/gTS。其不足之處是甲烷總產量較低。

文獻：羅娟等.CaO預處理玉米秸稈厭氧消化產沼氣性能(農業工程學報,2013,29(15):192-199)采用3種不同質量百分數的CaO分別在3種不同處理時間下對玉米秸稈進行預處理，并在中溫條件下進行厭氧消化，研究發現：5％CaO預處理3天的產氣效果最佳，單位干物質產氣量為381.87mL/g，消化時間為20天。其不足之處是沒有考慮產甲烷效率。

文獻：何艷峰.用于提高稻草厭氧消化性能的固態氫氧化鈉化學預處理方法與機理研究(2008,博士畢業論文)的研究發現：6％NaOH固態預處理有效改善了稻草的可生物降解性能。與未預處理稻草相比，預處理后稻草的木質素降解率為28.4％，50gTS/L下的單位VS產氣量提高44.4％。其不足之處是木質素降解率較低。

發明內容