一种提高玉米秸秆厌氧消化产气性能的预处理方法及其应用

本发明属于生物质能源，具体涉及一种提高玉米秸秆厌氧消化产气性能的预处理方法及其应用。

背景技术：

1、玉米秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大成分组成，而利用厌氧消化技术处理利用玉米秸秆，产生高效、清洁的高品质生物质能源——生物气，是玉米秸秆资源化利用的有效途径。但是半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间，将纤维素分子包埋在其中，形成一种天然屏障，使酶不易与纤维素分子接触，导致木质纤维素原料难以被微生物降解，限制了玉米秸秆用于生物气生产方面的大规模应用。

2、在厌氧消化前，一般通过对玉米秸秆进行预处理来提高其可生物降解性，这是解决秸秆组成成分结构复杂，难以被微生物利用问题的简单而有效的方法。木质纤维素原料预处理的方法主要有物理法、化学法和生物法等。物理法不能从根本上改变其化学结构，预处理效果有限；生物法预处理需要对菌种进行培养，对人员和设备条件的要求比较高，因此实际应用难度较大；化学法主要有酸化法和碱化法两种。化学方法具有条件要求低、时间短、处理效率高等优点。其不足之处也有很多，包括：化学法通常采用单一的酸或碱，但是由于半纤维素、纤维素、木质素的分子结构非常复杂，单一酸、碱处理很难达到理想的效果；另外，化学法大多采用酸、碱浸泡，产生大量的化学残液，残留的酸、碱会迁移到沼渣沼液中，从而使沼渣沼液难以回收利用，如果作为肥料施用到土壤中时，会引起土壤污染(如naoh处理时的na+)等二次污染问题。马淑勍等(氨化预处理对稻草厌氧消化产气性能影响[j].农业工程学报,2011,27(06):294-299)研究发现：使用氨水将稻草预处理7d，晾晒2d，在50gts/l负荷下，4％氨化预处理效果最好，稻草产气累积产气量比未预处理提高了24.3％，甲烷总产量比未预处理提高了17.8％，产气周期比未预处理提前了16.7％。其不足之处是甲烷总产量较低。何艳峰等(用于提高稻草厌氧消化性能的固态氢氧化钠化学预处理方法与机理研究[d].北京化工大学,2008.)研究发现：6％naoh固态预处理有效改善了稻草的可生物降解性能。与未预处理稻草相比，50gts/l下的总产气量提高了32.5％，木质素降解率为28.4％。其不足之处是木质素降解率较低，并且naoh添加量过大，将会增加后期中和难度及成本，增大其二次污染风险。

技术实现思路

1、本发明的目的解决现有技术的不足，提供一种提高玉米秸秆厌氧消化产气性能的预处理方法，预处理条件温和，降低环境污染风险，提高木质纤维素去除率和甲烷产量。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种提高玉米秸秆厌氧消化产气性能的预处理方法，包括如下步骤：

3、利用naoh、h2o2、尿素和水对玉米秸秆进行一级好氧预处理，得到一级预处理发酵产物；所述玉米秸秆、naoh、h2o2、尿素和水的质量比为100：0.8～1.2：0.8～1.2：1.5～2.5：200～300；

4、利用接种物、p2o5和fecl3对所述一级预处理发酵产物进行二级厌氧预处理，得到二级预处理发酵产物；所述玉米秸秆、接种物、p2o5和fecl3的质量比为100：15～30：4～6：2～4。

5、优选的，所述一级好氧预处理的时间为2～4d，温度为16～30℃。

6、优选的，所述一级好氧预处理的通气量为0.2～0.4m3/(m3·min)。

7、优选的，所述接种物包括沼液或污泥。

8、优选的，所述二级厌氧预处理的时间为2～4d，温度为16～30℃。

9、优选的，所述玉米秸秆为自然风干后的玉米秸秆；

10、所述玉米秸秆的长度≤3cm。

11、本发明还提供了上述技术方案所述的预处理方法在厌氧消化生产沼气中的应用。

12、本发明还提供了一种玉米秸秆厌氧消化生产沼气的方法，包括如下步骤：

13、利用上述技术方案所述的预处理方法得到二级预处理发酵产物，接种接种物，厌氧消化。

14、优选的，所述厌氧消化的温度为30～40℃；所述接种物包括沼液或污泥。

15、优选的，接种所述接种物前，还包括：将所述二级预处理发酵产物和水混合，得到发酵料液；

16、所述发酵料液的总固体(ts)含量为6％～10％；

17、所述接种物的接种量为发酵料液质量的20％～30％。

18、有益效果：

19、本发明提供了一种提高玉米秸秆厌氧消化产气性能的预处理方法，利用naoh、h2o2、尿素和水对玉米秸秆进行一级好氧预处理，得到一级预处理发酵产物后利用接种物、p2o5和fecl3进行二级厌氧预处理；本发明使用的预处理剂廉价易得，通过组合两种不同的预处理方法，限定原料的用量，能够温和处理玉米秸秆，降低环境污染风险，提高木质纤维素去除率，进而提高秸秆厌氧消化产气性能，达到高产量、低能耗、低污染的目的。

20、进一步的，本发明限定预处理的时间和反应温度，无需额外增温投入，能够在短时间内提升玉米秸秆的厌氧消化产气性能，提高玉米秸秆木质纤维素的去除率，并且对于处理后产物进行厌氧消化时无需添加化学试剂调节ph和c/n，降低了调节环节的二次污染风险，显著提高甲烷产量，使接种物得到充分利用。

技术特征：

1.一种提高玉米秸秆厌氧消化产气性能的预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述一级好氧预处理的时间为2～4d，温度为16～30℃。

3.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述一级好氧预处理的通气量为0.2～0.4m3/(m3·min)。

4.根据权利要求1所述的预处理方法，所述接种物包括沼液或污泥。

5.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述二级厌氧预处理的时间为2～4d，温度为16～30℃。

6.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述玉米秸秆为自然风干后的玉米秸秆；

7.权利要求1～6任一项所述的预处理方法在厌氧消化生产沼气中的应用。

8.一种玉米秸秆厌氧消化生产沼气的方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述厌氧消化的温度为30～40℃；所述接种物包括沼液或污泥。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，接种所述接种物前，还包括：将所述二级预处理发酵产物和水混合，得到发酵料液；

技术总结
本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种提高玉米秸秆厌氧消化产气性能的预处理方法及其应用。本发明利用NaOH、H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;、尿素和水对玉米秸秆进行一级好氧预处理，得到一级预处理发酵产物后利用接种物、P<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;和FeCl<subgt;3</subgt;进行二级厌氧预处理；本发明使用的预处理剂廉价易得，通过组合两种不同的预处理方法，限定原料的用量，能够温和处理玉米秸秆，降低环境污染风险，提高木质纤维素去除率，进而提高后续秸秆厌氧消化产气性能，达到高产量、低能耗、低污染的目的。

技术研发人员：张鸣,卢秉林,石晓妮,李雪
受保护的技术使用者：兰州城市学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13