[發明專利]一種沼液預處理玉米秸稈制沼方法及其條件優化方法

在審

• 申請號: 201811195826.2
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109266692A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 楊宏志;王坤;趙婧;王英琪
• 申請（專利權）人: 黑龍江八一農墾大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 李振瑞

本發明提供了一種沼液預處理玉米秸稈制沼方法，包括以下步驟：首先對玉米秸稈風干并粉碎過篩，然后進行預處理沼液和接種沼液的制備，接著通過預處理沼液對玉米秸稈進行預處理，最后將預處理后的玉米秸稈與接種沼液進行厭氧消化。本發明還提供了對制沼方法的條件優化方法，也就是以預處理沼液用量、預處理溫度以及預處理時間作為條件優化的單因素，通過響應面試驗設計及結果得到預處理過程的最優條件。本發明通過以沼液為促進劑，對木質素和纖維素含量較高的玉米進行預處理，從而使預處理后的玉米易于進行厭氧發酵；同時在操作過程中無需格外的設備，成本較低；且通過響應面法得到預處理的最佳條件19.08％TS，29.78℃和5.42天，得到理論產氣量為4786.3mL。

技術領域

本發明涉及生物能源技術領域，具體為一種沼液預處理玉米秸稈制沼方法及其條件優化方法。

背景技術

我國的秸稈產量很大，秸稈的利用十分關鍵，其中生物處理制沼氣不僅可以減少秸稈過剩帶來的許多環境污染問題，也可以解決一些地區的沼氣原料短缺，因此生物處理制沼氣得到廣泛的應用。但由于秸稈自身特殊的結構，表面的硅氧蠟質層，纖維素多以結晶態存在，微生物無法有效進行降解。因此需要對秸稈類原料進行預處理。

目前常用的預處理方法主要包括物理，化學和生物三大類。然而由于現有的預處理方法存在的設備要求高，高能耗以及酸堿廢水的產生等缺點，目前尚未在工業上得到應用。

生物預處理的方法是篩選一些細菌、真菌、放線菌等，或采用復合菌劑，例如黑曲霉(Aspergillus)、木霉(Trichoderma)、草酸青霉(Penicillium)和白腐真菌組成的HK-4及白腐菌和木霉，利用微生物分泌多種生物酶協同作用下發生的酶催化反應，破壞秸稈的大分子物質。生物預處理因其化學及能源的使用量低，環境友好得到更多的關注，但目前集中于在各種特定微生物菌劑對木質纖維素降解和產氣量的影響。

沼液作為來自厭氧發酵體系中的物質本身帶有大量的微生物其中不乏可降解木質纖維素的微生物，但當前沼液作為厭氧發酵后的廢物其處理也有一定的難度，若可將沼液作為厭氧發酵預處理的原料可減少其排放同時降低預處理的成本。楚莉莉等以小麥秸稈為原料經沼液預處理6天后VS產氣量可達到149.4mL/g。Hu等用玉米秸稈為原料對沼液預處理對預處理時間和沼液TS含量進行優化，得到結果為經30.5g/L的沼液預處理3天，達到80％累積產氣量(t80)的時間可縮短33.3％。李平等經研究發現，經沼液預處理水稻秸稈其TS產氣率達到333.9mL/g，TS產甲烷率達到180.7mL/g，可較空白提高27.9％和21.2％，同時產氣周期縮短至19d。但是目前大部分研究僅集中在確定沼液預處理可提高產氣量，具體的預處理方法以及預處理方法中的最優條件依然值得探究。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術的不足，提供一種沼液預處理玉米秸稈制沼方法及其條件優化方法，本方法條件溫和，過程簡單，通過沼液對玉米秸稈預處理后再使用接種沼液與預處理后的玉米秸稈厭氧消化，能夠有效提高產氣量，并使用響應面法對制沼過程的預處理條件進行優化，得到最優的預處理條件。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種沼液預處理玉米秸稈制沼方法，包括以下步驟：

步驟1、玉米秸稈原料準備

將玉米秸稈風干并粉碎，保存備用；

步驟2、沼液制備

預處理沼液：將序批式干發酵產生的沼液靜置沉降3～7天至不再產氣，然后混合均勻至TS濃度為0.37％±0.11％，pH為7.2，得到預處理沼液，備用；

接種沼液：將連續攪拌釜反應器中的沼液靜置沉降7～8天至不再產氣得到接種沼液，所述接種沼液的TS濃度為4.36％±0.04％，pH為7.1；

步驟3、預處理方法