碱预处理香蕉秸秆协同猪粪促进厌氧发酵产沼气的方法技术

本发明专利技术公开了一种碱预处理香蕉秸秆协同猪粪促进厌氧发酵产沼气的方法，对香蕉秸秆进行碱预处理，然后将碱预处理后的香蕉秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵。本发明专利技术采用碱预处理能够极大地提高香蕉秸秆的原料利用率及产气效果，缩短厌氧发酵的启动时间，使发酵体系更稳定。然后再通过采用碱预处理后的香蕉秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵进一步提升总产气量，提高了废物的资源化利用水平。本发明专利技术解决了香蕉秸秆和猪粪单独处理时候存在的纤维素难以降解、抑制因素多、系统不稳定、产气效率低等问题。

【技术实现步骤摘要】
碱预处理香蕉秸秆协同猪粪促进厌氧发酵产沼气的方法
本专利技术属于环境保护技术/固废资源化、能源化领域，具体涉及一种碱预处理香蕉秸秆协同猪粪促进厌氧发酵产沼气的方法。
技术介绍
我国是世界上第二大香蕉生产国，香蕉产业是我国热带地区的支柱产业。由于香蕉是一年生草本植物，在香蕉收获后，需要砍掉母株，使子株得以顺利生长。若按香蕉秸秆与香蕉的重量比1:2.4计，则香蕉秸秆的年产量超过2800万吨。香蕉秸秆具有重量大、含水率高、不易燃烧等特点，目前主要被直接还田、堆置于田间地头任其自然腐烂或就地焚烧，不仅造成了资源的浪费，还会对农村生态环境造成不利影响，滋生细菌、蚊蝇，污染土壤、空气，产生恶臭。另外，随着我国畜禽养殖业集约化、规模化快速发展，致使畜禽粪便逐年增长，猪粪是其中的典型代表，我国每年集约化养殖产生的猪粪尿达2.6亿吨，不合理的处置方式对生态环境造成了极大的压力。由于香蕉秸秆的产量随季节变化有一定波动，单独进行厌氧发酵产沼气具有一定局限性，对厌氧反应器的稳定性会产生一定的影响。而猪粪厌氧发酵已有一定的研究基础和应用，但也存在着氨氮抑制等不利因素影响，给实际工程的正常运行带来了较大的阻碍。碳氮比是影响厌氧发酵产甲烷的一个重要因素，主要原因在于适宜的碳氮比是保证微生物正常生命活动的必要条件，可以提高生物酶的活性，能更有效地降解蛋白质、多糖等有机物，减轻抑制作用，从而提高厌氧消化系统的产气性能。很多学者对厌氧消化的最适C/N进行过研究，发现厌氧消化适宜的C/N一般为20～30。香蕉秸秆、猪粪单独厌氧发酵均存在着单种物质的碳氮比不在最佳厌氧范围，香蕉秸秆碳氮比高，而猪粪的碳氮比低，导致各自的厌氧反应器产生了碳氮营养不均衡、有机负荷不够高、产气效率提高有限、抑制因素较多等不利影响，限制了两者厌氧发酵处置的快速发展。
技术实现思路
本专利技术针对香蕉秸秆和猪粪单独处理存在的弊端，采用一种碱预处理香蕉秸秆协同猪粪促进厌氧发酵产沼气的方法，解决香蕉秸秆和猪粪单独处理时候存在的纤维素难以降解、抑制因素多、系统不稳定、产气效率低等问题。本专利技术的目的，通过以下技术方案予以实现：本专利技术碱预处理香蕉秸秆协同猪粪促进厌氧发酵产沼气的方法，对香蕉秸秆进行碱预处理，然后将碱预处理后的香蕉秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵。优选地，所述碱预处理中碱占香蕉秸秆干物质的质量分数为2～8％。更优选地，所述碱预处理中碱占香蕉秸秆干物质的质量分数为6％。优选地，所述猪粪干物质的质量占香蕉秸秆干物质与猪粪干物质总质量的百分数为20～80％，发酵温度为32～41℃，厌氧发酵的接种物质量占发酵料液总质量的百分数为20～80％。更优选地，所述猪粪干物质的质量占香蕉秸秆干物质与猪粪干物质总质量的百分数为35.34％，发酵温度为40.27℃，厌氧发酵的接种物质量占发酵料液总质量的百分数为61.40％。上述方法，包括以下步骤：S1.向香蕉秸秆中按固液比1:9加入水，加入占香蕉秸秆干物质质量分数为2～8％的NaOH，混合均匀，室温下密封处理6.5～7.5天，然后采用水淋洗至淋洗液呈中性，自然风干。S2.将NaOH预处理后的香蕉秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵，发酵料液总固体质量分数为6％～7％，接种物质量占发酵料液总质量的百分数为20～80％，猪粪干物质的质量占香蕉秸秆干物质与猪粪干物质总质量的百分数为20～80％，发酵温度为32～41℃，发酵周期为30～58天。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用碱预处理能够极大地提高香蕉秸秆的原料利用率及产气效果，缩短厌氧发酵的启动时间，使发酵体系更稳定。香蕉秸秆经过碱预处理后与对照组(未经碱预处理)相比产气量明显增加，其中碱预处理浓度为6％(碱占香蕉秸秆干物质的质量分数)的处理组发酵58天的总产沼气量、总产甲烷量、总固体(TS)产气量、总固体(TS)产甲烷量最高，分别为21581.00mL、11878.30mL、548.87mL/g、302.10mL/g。经过碱预处理后的香蕉秸秆发酵过程中pH值在适宜的范围内波动，发酵前后发酵液中COD的降解率均达到60％以上。综合来看，碱预处理能缩短香蕉秸秆厌氧发酵的启动时间，增加发酵体系的缓冲性和稳定性，提高产气效果，碱预处理浓度为6％时香蕉秸秆厌氧发酵效果最优。(2)本专利技术采用碱预处理香蕉秸秆与猪粪混合厌氧发酵进一步提升甲烷产率，香蕉秸秆与猪粪协同厌氧发酵可使厌氧反应器内的碳氮比在厌氧反应的适宜范围，可提高沼气产量和系统的稳定性。香蕉秸秆与猪粪混合厌氧发酵的产气效果均优于香蕉秸秆或猪粪单独厌氧发酵的产气效果，粪秸混合厌氧发酵可以提高微生物对发酵原料的利用率和产气潜力。香蕉秸秆与猪粪混合厌氧发酵的最优工艺条件为：粪秸比为35.34％(猪粪干物质的质量占香蕉秸秆干物质与猪粪干物质总质量的百分数)，发酵温度为40.27℃，接种物浓度为61.40％(接种物质量占发酵料液总质量的百分数)。在此条件下，香蕉秸秆与猪粪混合厌氧发酵总产气量的预测值为15779.20mL，试验值为15620.50mL。(3)本专利技术的方法有助于缓解农村环境污染，有助于农村固体废弃物的资源化利用。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图；图2为本专利技术的厌氧发酵实验系统装置图；图中标号：1、取样口，2、导气管，3、取气口，4、导水管，5、恒温水浴锅，6、发酵瓶，7、集气瓶，8、集水瓶。具体实施方式工艺流程如图1所示，首先对香蕉秸秆进行碱预处理，目的是有效破坏长链纤维素，加速有机物的溶出，促进后续的厌氧发酵反应产气。其次，对碱预处理后的香蕉秸秆与猪粪进行混合厌氧发酵，根据沼气产量确定发酵系统最佳工艺参数。最后厌氧发酵后的产物沼渣沼液可以综合利用。本专利技术的工艺运行条件及原理主要是如图2所示的厌氧发酵实验系统装置图：由恒温水浴锅、1L广口发酵瓶、2.5L集气瓶和2L集水瓶四部分组成，集水瓶用于收集从集气瓶中排出的饱和食盐水，饱和食盐水可防止CO2等气体溶于水中，因此排出的饱和食盐水量即为产沼气量。发酵瓶与集气瓶瓶口用胶塞塞紧，各部分用乳胶管连接，所有接口部分均用密封胶密封，发酵瓶置于恒温水浴锅中以维持恒温。实施例1：本专利技术碱预处理阶段的香蕉秸秆的特性如表1-1所示。表1-1香蕉秸秆与接种物的理化指标注：表中％是质量百分数。分别称取4组香蕉秸秆各150g(干质量)置于2000mL的烧杯中，按固液比1:9加入水，分别加入占香蕉秸秆干物质的质量分数为2％、4％、6％、8％的NaOH，混合均匀，用塑料薄膜密封后于室温(28±2℃)下静置，每日测定处理液的pH值，7天后测定各组处理液的COD、VFA，并用大量水淋洗香蕉秸秆至淋洗液呈中性，测定秸秆的TS、VS，自然风干后备用。将上述NaOH预处理后的香蕉秸秆进行厌氧发酵，每个处理组设置2个重复，同时设置空白对照组(未经NaOH预处理)，每个发酵瓶中，发酵料液总固体质量分数为6％(香蕉秸秆与接种物)，接种物浓度为30％(接种物质量占发酵料液总质量的百分数)，将香蕉秸秆与接种物混合均匀后用水将发酵料液总质量调至800g，调节初始pH值至7.5左右，将发酵装置置于恒温水浴锅中，进行中温35℃厌氧发酵，发酵周期为58天。采用排饱和食盐水法每日记录产气量，测定甲烷浓度(沼气中的甲烷体积百分数)，每周取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.碱预处理香蕉秸秆协同猪粪促进厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于，对香蕉秸秆进行碱预处理，然后将碱预处理后的香蕉秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵。

【技术特征摘要】
1.碱预处理香蕉秸秆协同猪粪促进厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于，对香蕉秸秆进行碱预处理，然后将碱预处理后的香蕉秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱预处理中碱占香蕉秸秆干物质的质量分数为2～8％。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱预处理中碱占香蕉秸秆干物质的质量分数为6％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述猪粪干物质的质量占香蕉秸秆干物质与猪粪干物质总质量的百分数为20～80％，发酵温度为32～41℃，厌氧发酵的接种物质量占发酵料液总质量的百分数为20～80％。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述猪粪干物质的质量占香蕉秸秆干物质与猪...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓清华，李桃，张健，冼萍，黄宇钊，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45