一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法与流程

本发明属于固体废弃物生物转化技术领域，特别涉及一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法。

背景技术：

我国醋糟资源丰富，每年生产排放的醋糟达300万吨左右，具有酸性大、难分解等特点。目前，大部分醋糟仍以填埋的方式处理，但会产生大量甲烷等温室气体及高浓度酸水渗滤液，破坏土壤，污染环境；小部分用来制作动物饲料和食用菌栽培料，但其烘干成本高，食用菌栽培料消耗量少，因此不能从实质上解决问题。醋糟的有机物质含量丰富，将其进行厌氧发酵，可生成可再生能源甲烷气体，同时还能发酵产生的沼渣沼液可做生态有机肥。

醋糟含有大量的有机成分，主要为纤维素，半纤维素，木质素和蛋白质。由于其特殊的结构特点，将醋糟直接作为原料厌氧发酵仍存在一定的技术难题，如生物转化率低，产气速率低及产气周期长等。一般而言，木质纤维类原料厌氧发酵的水解过程是厌氧发酵的限速步骤，因此进行有效的预处理可以促进其水解过程，提高原料产甲烷率。

技术实现要素：

发明目的，明针对醋糟高纤维含量和酸性大的特点，本发明提供一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，加快醋糟水解速率，并提高产甲烷效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、将醋糟与水混合，搅拌均匀后置于微波条件下进行预处理；

s2、在70l厌氧活性污泥内添加40～60g新鲜醋糟，进行驯化；

s3、将步骤s2驯化成功的厌氧活性污泥接种于经过步骤s1处理的醋糟混合物中，接种量为60～80%，并将其置于厌氧发酵装置中进行厌氧发酵。

进一步的，所述步骤s1中，醋糟与水的质量比为1:1。

进一步的，所述步骤s1中，微波条件为180～380w，处理时间5～15min。

进一步的，所述步骤s2中，驯化置于33～37℃条件下，初始ts控制为3～5%，初始ph控制在7.3～7.8。

进一步的，所述步骤s2中，当体系甲烷含量达65%以上，厌氧活性污泥驯化成功，再进行步骤s3。

进一步的，所述步骤s3中，厌氧发酵时，将厌氧发酵装置置于水浴锅内进行厌氧发酵。

进一步的，所述水浴锅内温度控制在33～37℃。

进一步的，所述步骤s3中，厌氧发酵的时间为45d。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的方法在短时间内对醋糟的结构进行破坏，使更多的可溶性有机物溶出，同时加快了醋糟厌氧发酵过程的水解过程，提高了醋糟厌氧消化产甲烷的效率。

附图说明

图1是不同条件预处理后溶解性化学需氧量和挥发性脂肪酸含量示意图；

图2是不同条件预处理后累积产甲烷量示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1（30%功率5min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、取江苏省某醋厂的醋糟进行以下厌氧发酵，该醋糟的ph为3.8，固体含量为33%，粗纤维含量为27%。

s2、取80g醋糟与80g水混合后，在180w（30%功率）的微波条件下处理5min。

s3、取少量新鲜醋糟加入至厌氧活性污泥中，在35℃条件下进行驯化，初始ts控制4%，初始ph控制在7.5，当体系甲烷含量达65%以上即驯化成功。

s4、将步骤s3中驯化后的厌氧活性污泥接种于步骤s2中处理后的醋糟混合液中，接种量为70%，将混合物置于1.2l发酵罐内，置于35℃的水浴锅内，厌氧发酵45d。

s5、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

实施例2（30%功率10min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、将质量比1:1的醋糟与水混合，搅拌均匀后，置于180w（30%功率）微波条件下预处理10min；

s2、在70l厌氧活性污泥内添加40g新鲜醋糟，置于33℃条件下进行驯化，初始ts控制为3%，初始ph控制在7.3，当体系甲烷含量达65%以上，厌氧活性污泥驯化成功，再进行步骤s3；

s3、将步骤s2驯化成功的厌氧活性污泥接种于经过步骤s1处理的醋糟混合物中，接种量为60%，并将其置于发酵罐内，放入水浴中，温度控制在33℃厌氧发酵45d。

s4、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

实施例3（30%功率15min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、取江苏省某醋厂的醋糟进行以下厌氧发酵，该醋糟的ph为3.5，固体含量为31%，粗纤维含量为26.38%。

s2、取80g醋糟与80g水混合后，在180w（30%功率）的微波条件下处理15min。

s3、取少量新鲜醋糟加入至厌氧活性污泥中，在35℃条件下进行驯化，初始ts控制4%，初始ph控制在7.5，当体系甲烷含量达65%以上即驯化成功。

s4、将步骤s3中驯化后的厌氧活性污泥接种于步骤s2中处理后的醋糟混合液中，接种量为70%，将混合物置于1.2l发酵罐内，置于35℃的水浴锅内，厌氧发酵45d。

s5、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

实施例4（45%功率5min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、将质量比1:1的醋糟与水混合，搅拌均匀后，置于330w（45%功率）微波条件下预处理5min；

s2、在70l厌氧活性污泥内添加50g新鲜醋糟，置于35℃条件下进行驯化，初始ts控制为4%，初始ph控制在7.4，当体系甲烷含量达65%以上，厌氧活性污泥驯化成功，再进行步骤s3；

s3、将步骤s2驯化成功的厌氧活性污泥接种于经过步骤s1处理的醋糟混合物中，接种量为70%，并将其置于发酵罐内，放入水浴中，温度控制在35℃厌氧发酵45d。

s4、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

实施例5（45%功率10min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、将质量比1:1的醋糟与水混合，搅拌均匀后，置于330w（45%功率）微波条件下预处理10min；

s2、在70l厌氧活性污泥内添加60g新鲜醋糟，置于37℃条件下进行驯化，初始ts控制为5%，初始ph控制在7.8，当体系甲烷含量达65%以上，厌氧活性污泥驯化成功，再进行步骤s3；

s3、将步骤s2驯化成功的厌氧活性污泥接种于经过步骤s1处理的醋糟混合物中，接种量为80%，并将其置于发酵罐内，放入水浴中，温度控制在37℃厌氧发酵45d。

s4、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

实施例6（45%功率15min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、将质量比1:1的醋糟与水混合，搅拌均匀后，置于330w（45%功率）微波条件下预处理15min；

s2、在70l厌氧活性污泥内添加40g新鲜醋糟，置于33℃条件下进行驯化，初始ts控制为4%，初始ph控制在7.5，当体系甲烷含量达65%以上，厌氧活性污泥驯化成功，再进行步骤s3；

s3、将步骤s2驯化成功的厌氧活性污泥接种于经过步骤s1处理的醋糟混合物中，接种量为70%，并将其置于发酵罐内，放入水浴中，温度控制在35℃厌氧发酵45d。

s4、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

实施例7（60%功率5min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、取江苏省某醋厂的醋糟进行以下厌氧发酵，该醋糟的ph为4.0，固体含量为35%，粗纤维含量为27.022%。

s2、取80g醋糟与80g水混合后，在380w（60%功率）的微波条件下分别处理5min。

s3、取少量新鲜醋糟加入至厌氧活性污泥中，在35℃条件下进行驯化，初始ts控制4%，初始ph控制在7.5，当体系甲烷含量达65%以上即驯化成功。

s4、将步骤s3中驯化后的厌氧活性污泥接种于步骤s2中处理后的醋糟混合液中，接种量为80%，将混合物置于1.2l发酵罐内，置于35℃的水浴锅内，厌氧发酵45d。

s5、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

实施例8（60%功率10min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、将质量比1:1的醋糟与水混合，搅拌均匀后，置于380w（60%功率）微波条件下预处理10min；

s2、在70l厌氧活性污泥内添加50g新鲜醋糟，置于37℃条件下进行驯化，初始ts控制为3%，初始ph控制在7.8，当体系甲烷含量达65%以上，厌氧活性污泥驯化成功，再进行步骤s3；

s3、将步骤s2驯化成功的厌氧活性污泥接种于经过步骤s1处理的醋糟混合物中，接种量为80%，并将其置于发酵罐内，放入水浴中，温度控制在33～37℃厌氧发酵45d。

s4、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

实施例9（60%功率15min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、取江苏省某醋厂的醋糟进行以下厌氧发酵，该醋糟的ph为3.8，固体含量为33%，粗纤维含量为26.5%。

s2、取80g醋糟与80g水混合后，在380w（60%功率）的微波条件下处理15min。

s3、取少量新鲜醋糟加入至厌氧活性污泥中，在35℃条件下进行驯化，初始ts控制3%，初始ph控制在7.3，当体系甲烷含量达65%以上即驯化成功。

s4、将步骤s3中驯化后的厌氧活性污泥接种于步骤s2中处理后的醋糟混合液中，接种量为60%，将混合物置于1.2l发酵罐内，置于35℃的水浴锅内，厌氧发酵45d。

s5、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

对比例1（0%功率0min）

一种提高醋糟厌氧发酵效率的微波预处理方法，包括以下步骤：

s1、将质量比1:1的醋糟与水混合，然后搅拌均匀；

s2、在70l厌氧活性污泥内添加50g新鲜醋糟，置于35℃条件下进行驯化，初始ts控制为4%，初始ph控制在7.5，当体系甲烷含量达65%以上，厌氧活性污泥驯化成功，再进行步骤s3；

s3、将步骤s2驯化成功的厌氧活性污泥接种于经过步骤s1的醋糟混合物中，接种量为70%，并将其置于发酵罐内，放入水浴中，温度控制在35℃厌氧发酵45d。

s4、分别取预处理后的醋糟测定其溶解性化学需氧量及挥发性脂肪酸（乙酸，丙酸）的含量，同时在厌氧发酵过程中对甲烷产量进行测定。

如图1所示，对比例1、实施例1、实施例3、实施例7和实施例9中溶解性化学需氧量和挥发性脂肪酸含量，

对比例1中，化学需氧量为92.3mg/l，乙酸含量为1067mg/l；

实施例1中，化学需氧量为156.4mg/l，乙酸含量为1165mg/l；

实施例3中，化学需氧量为251.2mg/l，乙酸含量为1228mg/l；

实施例7中，化学需氧量为196mg/l，乙酸含量为1180mg/l；

实施例9中，化学需氧量为302.4mg/l，乙酸含量为1412mg/l；

上述数据说明，未经过微波处理的对比例1中，化学需氧量和乙酸含量最低，实施例9中，处理微波条件60%功率（380w）处理15min，化学需氧量和乙酸含量最高，具体地讲，微波条件60%功率（380w）处理15min的醋糟混合液中，溶解性化学需氧量及挥发性有机酸（乙酸）较未经过处理的醋糟分别提高了227%及15%，其中丙酸的含量减少了1%。微波预处理对原料的水解过程起到了较好的促进作用。

如图2所示，随着发酵时间推移对比例1、实施例1、实施例3、实施例7和实施例9中累积产甲烷量变化，

对比例1中，随着发酵时间推移，累积产甲烷量从0开始，逐渐增多，直至发酵第45天达到顶峰值2400.38ml/gvs；

实施例1中，随着发酵时间推移，累积产甲烷量从0开始，逐渐增多，直至发酵第45天达到顶峰值2586.21ml/gvs；

实施例3中，随着发酵时间推移，累积产甲烷量从0开始，逐渐增多，直至发酵第45天达到顶峰值2901.65ml/gvs；

实施例7中，随着发酵时间推移，累积产甲烷量从0开始，逐渐增多，直至发酵第45天达到顶峰值3277.45ml/gvs；

实施例9中，随着发酵时间推移，累积产甲烷量从0开始，逐渐增多，直至发酵第45天达到顶峰值6251.85ml/gvs；

上述数据说明，未经过微波处理的对比例1中，累积产甲烷量最低，实施例9中，处理微波条件60%功率（380w）处理15min，累积产甲烷量最高，具体地讲，微波条件60%功率（380w）处理15min的醋糟较未经过处理的醋糟总产甲烷量提高了160%，产气速率提高了160%。微波预处理可以有效地促进醋糟厌氧发酵的产甲烷效率，同时有效地提高了产甲烷速率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。