基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法及应用

本发明涉及生物质能源及有机固废处理，更具体地，涉及一种基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法及应用。

背景技术：

1、木质纤维类废弃物是产量巨大的有机废弃物之一，也是很多沼气工程的主要原料。种类包括农业废弃物(作物秸秆、尾菜、牛粪)、林业和园林废弃物(采伐剩余物、园林修剪物、植物枯落物)、工业废弃物(食品加工废弃物、造纸废弃物、家具边角料)、城乡垃圾(餐厨垃圾、厨余垃圾)、及特定的能源植物(能源草，纤维作物)等。这些木质纤维类废弃物的处理方法有堆肥、焚烧、填埋、厌氧发酵等，其中厌氧发酵生产沼气是控制二氧化碳、甲烷等温室气体排放，实现绿色低碳处置的最佳方式。

2、但目前以木质纤维类原料为主的沼气工程在实际运行过程中还面临着一些困难和挑战。一是沼气工程的稳定运行需要有足够的有机废弃物作为原料，然而木质纤维类原料供应可能会受季节性变化、农业生产周期等因素的影响，导致供应不稳定，原料的可用性和性质通常也会随季节变化而变化，经过长期堆放的原料产气能力会大幅下降。二是木质纤维原料的产气能力和产气速度偏低，木质纤维中易降解碳水化合物相对较少，难降解的纤维素和木质素比较丰富，复杂的结构难以被微生物快速分解和消化，这使得厌氧消化微生物在找到可用的碳源时面临挑战，通常需要进行预处理以破坏木质纤维的结构，使其更易于微生物降解。三是大型沼气工程会产生大量沼液，沼液是厌氧发酵过程中产生的副产品，沼液中含有丰富的营养物质，如果不正确管理可能会导致土壤和水体的过度富营养化，引发水质污染和生态问题，沼液处理成本高、消纳困难成为沼气行业的痛点。

3、现有技术公开了一种能源草青贮提高厌氧发酵产气量的方法，通过在青贮过程中添加纤维素酶，改变能源草纤维结构，增加青贮原料中可发酵干物质总量，提高能源草厌氧发酵产生甲烷的效率。该技术仅青贮15～45天，无法解决原料季节性波动的问题，且需要添加昂贵的纤维素酶，大幅提高了处置成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决以木质纤维类原料为发酵底物的沼气工程实际运行中面临的原料季节性波动大、原料产气率及产气速率低、沼液消纳困难的问题。针对性的提出了基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法，通过沼液在原料保存、预处理阶段的循环回用，解决了原料存储困难、有机质保存困难、产气效率低的问题，实现沼液资源化利用的同时还提高了原料的产气量。

2、本发明的另一目的在于提供基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法在生物质能源及有机固废处理领域中的应用。

3、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

4、基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法，包括以下步骤：

5、s1.木质纤维原料收储：收集运输木质纤维类生物质原料，根据含水率和原料收割时间将木质纤维素原料分为新鲜原料和/或干黄原料；分别切割所述新鲜原料和所述干黄原料并晾晒；

6、s2.原料保存：s1分拣的新鲜原料添加乳酸菌和10～20％的灭菌沼液，混合均匀后封包，青贮存储1～6个月；干黄原料添加乳酸菌和20～30％的新鲜沼液，混合均匀后封包，黄贮存储1～6个月。

7、本发明将沼液用至木质纤维原料青贮和黄贮中，沼液可以充当保护剂减少氧气的进入，还可以灭杀好氧菌，延长原料的保存时间。青贮添加的灭菌沼液中含有营养元素和有机物质，可以为青贮原料提供额外的营养，增加原料的营养平衡。黄贮添加的新鲜沼液中含有大量的微生物和功能酶，这些物质可以促进黄贮过程中原料木质纤维组分的降解，增加有机酸的积累，从而降低原料的厌氧消化难度。

8、本发明在原料保存的过程中沼液多级回用，本发明将厌氧发酵产生的沼液用于木质纤维类厌氧原料青贮黄贮保存，无需添加其他额外化学试剂，充分利用沼液的营养元素、功能物质和微生物。通过生物法保存了原料的有机质和产甲烷潜力，通过水热法提高了原料的可生化性和产气速率。解决了木质纤维类厌氧原料供应季节性波动大、高木质纤维原料产气率低、产气速率慢的行业难点，显著提高了木质纤维原料的发酵效率，又实现了沼液的消纳及资源化利用。

9、本发明的基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法中，木质纤维原料来源广泛资源潜力巨大且便于收储运，青贮黄贮工艺简便对技术和场地要求不高。工艺简便、绿色环保/成本低廉，适宜产业化大规模推广应用。

10、优选地，步骤s1中，所述新鲜原料含水率较高颜色以绿色为主，可溶性组分含量较高易腐败。干黄原料含水率较低颜色以黄色为主，不溶性组分含量较高难降解。

11、优选地，步骤s1中，所述新鲜原料为新鲜秸秆、园林修剪物、尾菜、高含水加工废弃物中的一种或几种；所述干黄原料为干黄秸秆、园林废弃物、植物枯落物、造纸废弃物、低含水加工废弃物中的一种或几种。

12、优选地，步骤s1中，新鲜原料切割至10～20cm长并晾晒至含水率50～60％；干黄原料切割至5～10cm长并晾晒至含水率40～50％。

13、优选地，步骤s2中，乳酸菌添加量为1×105cfu/g～1×106cfu/g。

14、优选地，还包括步骤s3水热预处理：将步骤s2贮存后的木质纤维原料与沼液按1:(3～5)的质量比例混合，140～180℃反应10～30min。

15、沼液中含有丰富的有机物质，将沼液用作水热预处理过程的反应介质，作为水热处理的溶剂对木质纤维原料具有明显的增溶作用，可以将大分子有机物质分解成更简单的化合物，提高了原料的可生化性，经过沼液水热预处理的原料产气速率加快，产气量增加。

16、水热预处理技术装备成熟还可利用沼气加热降低成本。

17、本发明还保护上述任一项所述基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法得到的木质纤维类厌氧原料在有机固废处理和生物质能源转化领域中的应用。

18、优选地，所述应用包括如下步骤：

19、将上述任一项所述基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法得到的木质纤维类厌氧原料投加至发酵罐，进行厌氧发酵，得到沼气、低氨氮沼液、高氨氮浓度沼液和沼渣；

20、其中，发酵温度为30～40℃，发酵时间为10～15天。

21、优选地，所述低氨氮沼液用于上述任一项所述基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法中。

22、湿式厌氧发酵会产生大量沼液，在单一环节实现全部回用是不现实的，本发明提供的基于沼液循环的纤维类厌氧原料保存处理方法，涵盖了原料保存、原料预处理、厌氧发酵、产物利用的全流程，通过沼液多级利用实现了沼液的完全消纳，实现绿色环保无沼液排放。

23、优选地，所述高氨氮浓度沼液中，氨氮大于等于3000mg/l。

24、优选地，所述沼气用于发电、制氢产醇；所述沼渣用于制备生物有机肥及炭基材料；所述高氨氮浓度沼液用于生产单细胞蛋白饲料。

25、本发明木质纤维原料的发酵产物实现了全量化利用。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、本发明将沼液用至木质纤维原料青贮和黄贮中，沼液可以充当保护剂减少氧气的进入，还可以灭杀好氧菌，延长原料的保存时间。青贮添加的灭菌沼液中含有营养元素和有机物质，可以为青贮原料提供额外的营养，增加原料的营养平衡。黄贮添加的新鲜沼液中含有大量的微生物和功能酶，这些物质可以促进黄贮过程中原料木质纤维组分的降解，增加有机酸的积累，从而降低原料的厌氧消化难度。

28、本发明解决了木质纤维类厌氧原料供应季节性波动大、高木质纤维原料产气率低、产气速率慢的行业难点，显著提高了木质纤维原料的发酵效率，又实现了沼液的消纳及资源化利用。