一种秸秆干法厌氧发酵酸碱度控制方法
【专利摘要】一种秸秆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，包括以下步骤：A)将秸秆粉碎成秸秆颗粒；B)将NaOH溶液与秸秆颗粒混匀，对物料进行预处理至结晶度小于0.39；C)向预处理后的秸秆颗粒中添加粗蛋白粉混匀并用水调节总固体；D)将C步骤的物料在35～40℃下进行发酵。本发明可以有效地避免秸秆单独干法厌氧发酵过程中，组成物质营养不均衡，易造成有机酸积累，导致发酵失败的问题。
【专利说明】一种秸秆干法厌氧发酵酸碱度控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于废弃物资源化【技术领域】，具体地涉及一种秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法。
【背景技术】
[0002]我国作为农业大国，秸杆年产量大约7亿多吨，位居世界之首，且以每年6%的速度增加。大量的农业秸杆，如果不进行妥善处理将会对周围的环境造成严重影响。目前，秸杆主要的处理方法包括焚烧、饲料化、生产乙醇和厌氧发酵产沼气等。由于干法厌氧发酵处理工艺具有明显的优势，可以适应各种来源的固体有机废弃物，运行费用低、需水量少或不需水、产生沼液少、后续处理费用低，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题。所以干法厌氧发酵可以作为秸杆无害化、资源化处理的有效方法。
[0003]有机酸是厌氧发酵过程中重要的中间代谢产物，对于厌氧发酵系统很重要，过低的有机酸不利于CH4的产生，但过高也会对发酵系统产生抑制作用。董保成等的研宄表明，当有机酸浓度低于6g/L时，产气效果随着有机酸浓度的增大而提高，但当系统内有机酸浓度超过6g/L时又会抑制014的产生。翟芳芳等研宄酒精工艺发现，有机酸浓度为0.4g/(L-d)时对发酵系统将产生抑制作用。另有研宄表明，污泥厌氧发酵中的有机酸浓度为145.17mg/L时对活性污泥有明显的抑制效果。可见，有机酸的积累抑制作用已成为制约干法厌氧发酵工艺水平的提高及工程运行稳定的重要影响因素之一。由于干法厌氧发酵系统内固体含率较高，有机酸类物质产生速度较快，传质困难，易造成有机酸的积累，从而酸化导致发酵失败，制约了干法厌氧发酵技术的推广。Vavilin等对总固体含率(TS)为20%?40 %的高固含率厌氧发酵研宄表明，由于有机酸的过量积累，造成酸中毒，最终导致发酵的产气率不足lL/d。Irene等开展的干式厌氧发酵研宄也是因乙酸的积累而致发酵失败。因此，在秸杆干法厌氧发酵产沼气过程中如何解决发酵系统出现的有机酸累积致发酵失败的问题就显得尤为重要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，以解决秸杆干法厌氧发酵系统出现的有机酸累积致发酵失败的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供的秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，包括以下步骤:
[0006]A)将秸杆粉碎成秸杆颗粒；
[0007]B)将NaOH溶液与秸杆颗粒混匀，对物料进行预处理至结晶度小于0.39 ；
[0008]C)向预处理后的秸杆颗粒中添加粗蛋白粉混匀并用水调节总固体含率；
[0009]D)将C步骤的物料在35?40 °C下进行发酵。
[0010]其中，步骤A中秸杆颗粒的粒径为0.5?2.0cm。
[0011 ] 其中，步骤B中的NaOH溶液的质量浓度为4 %?8 %。
[0012]其中，步骤B中是对物料进行在线结晶度检测。
[0013]其中，步骤C中加入的粗蛋白粉为秸杆颗粒重量的6%?12%。
[0014]其中，步骤C中调节总固体含率为20%?40%。
[0015]其中，步骤D是将物料放入厌氧发酵设备进行发酵。
[0016]本发明可以有效地避免秸杆单独干法厌氧发酵过程中，组成物质营养不均衡，易造成有机酸积累，导致发酵失败的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0019]实施例:
[0020]A)将农作物的秸杆粉碎至粒径0.5?2.0cm的秸杆颗粒；
[0021]B)将4%?8%浓度的NaOH溶液与秸杆颗粒进行混匀，并对碱液预处理的物料进行在线结晶度检测，当结晶度小于0.39后，完成预处理过程；
[0022]C)向预处理后的秸杆颗粒中添加6%?12%的粗蛋白粉，最佳的添加量为9%，混匀后用自来水调节TS为20%?40% ;
[0023]D)将C步骤中获得的物料放入厌氧发酵设备/设施(此为公知设备)，在35?40°C下进行发酵。
[0024]本发明的结晶度是描述纤维素超分子结构的重要参数，其大小可以反映出木质素的脱出和纤维素的溶出程度。通过实时检测秸杆的结晶度，以其作为评价指标能够准确快捷的判断秸杆的预处理程度。
[0025]本发明的预处理能降低纤维素的结晶度，使其结构松散，增大有效反应面积，提高降解转化率。在上述实施例中，当用4%浓度的NaOH溶液预处理15d或用8%浓度的NaOH溶液预处理7d时，结晶度可以由0.43下降到0.39，发酵过程中有机酸在O?1d出现上升趋势，随后稳定直到发酵结束；当用8%浓度的NaOH溶液预处理15d时，结晶度可以下降到0.33，发酵过程中有机酸维持在275mg/g左右，并能够稳定的产甲烷。因此结晶度可以作为评价秸杆预处理程度的指标。
[0026]向预处理后的秸杆中添加6%?12%的粗蛋白粉作为调节剂，以解决秸杆碳元素较高致发酵营养不均衡的问题。在上述实施例中，当添加6%的粗蛋白粉时，在发酵的O?5d出现有机酸的快速上升，最后逐渐稳定直到发酵结束，但未发现抑制效应；当添加12%的粗蛋白粉时，在发酵的O?1d有机酸出现上升趋势，随后逐渐稳定直到发酵结束；当添加9%的粗蛋白粉时，有机酸在整个发酵过程中都维持在270?275mg/g范围内，并能够稳定的产甲烷，因此粗蛋白粉的最佳添加量为9%。
【权利要求】
1.一种秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，包括以下步骤: A)将秸杆粉碎成秸杆颗粒； B)将NaOH溶液与秸杆颗粒混匀，对物料进行预处理至结晶度小于0.39 ; C)向预处理后的秸杆颗粒中添加粗蛋白粉混匀并用水调节总固体含率； D)将C步骤的物料在35?40°C下进行发酵。
2.根据权利要求1所述的秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，其中，步骤A中秸杆颗粒的粒径为0.5?2.0cm。
3.根据权利要求1所述的秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，其中，步骤B中的NaOH溶液的质量浓度为4 %?8 %。
4.根据权利要求1所述的秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，其中，步骤B中是对物料进行在线结晶度检测。
5.根据权利要求1所述的秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，其中，步骤C中加入的粗蛋白粉为秸杆颗粒重量的6%?12%。
6.根据权利要求1所述的秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，其中，步骤C中调节总固体含率为20%?40%。
7.根据权利要求1所述的秸杆干法厌氧发酵酸碱度控制方法，其中，步骤D是将物料放入厌氧发酵设备进行发酵。
【文档编号】C12P5/02GK104498529SQ201410718941
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】魏自民, 赵越, 李英军, 席北斗, 陈斌, 李晨辰, 吴俊秋, 杨天学 申请人:东北农业大学