一种提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法技术

本发明专利技术为一种提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法。该方法包括以下步骤：将刚收割的秸秆粉碎至0.5‑3.0cm的长度；然后向粉碎后的秸秆喷洒青贮添加剂A，并搅拌均匀，得到青贮备料；将调制均匀的青贮备料分层装填于青贮窖：每层的装填步骤为：装填30‑60cm厚的秸秆，夯实,并在其上表面均匀喷洒青贮添加剂B；青贮备料装填完毕后进行密封，形成厌氧环境，在自然温度下(5‑25℃)密闭保存30‑90天，得到青贮秸秆；所述的青贮添加剂为A为过氧化钙溶液，所述的青贮添加剂B为氨水溶液。本发明专利技术能防止秸秆霉变、腐烂，减少秸秆中营养物的损失，有效提高秸秆厌氧发酵产气量。

A Silage Method for Increasing Biogas Production by Anaerobic Fermentation of Straw

The invention relates to a silage method for improving biogas production by anaerobic fermentation of straw. The method comprises the following steps: crushing the straw just harvested to the length of 0.5 3.0 cm; spraying silage additive A on the crushed straw and stirring evenly to obtain silage reserve material; layering the prepared silage material into silo cellar: filling 30 60 cm thick straw in each layer, compacting, and evenly spraying silage additive B on the surface of the crushed straw; After filling, the silage material is sealed to form an anaerobic environment, and the silage straw is obtained after 30 to 90 days of closed storage at natural temperature (5 25 C). The silage additive A is calcium peroxide solution, and the silage additive B is ammonia aqueous solution. The invention can prevent stalk mildew and decay, reduce the loss of nutrients in straw, and effectively improve the gas production of anaerobic fermentation of straw.

【技术实现步骤摘要】
一种提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法
本专利技术涉及农业固体废物能源化利用领域，具体涉及一种提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法。
技术介绍
我国农作物秸秆年产9亿吨，但秸秆综合利用仍处于初级阶段，产业化程度低，技术基础相对薄弱。除部分秸秆用作饲料、肥料还田、生活燃料外，大部分秸秆被随意堆放或丢弃，不但造成资源浪费，还会对环境带来污染。利用秸秆制取沼气是秸秆能源化利用的有效方法，然而秸秆的木质纤维素秸秆复杂稳定，如不经预先处理，秸秆中的纤维素和半纤维素很难被微生物高效利用。目前利用秸秆产沼气多采用秸秆与畜禽粪便混合后进行厌氧发酵，但发酵效率低、秸秆利用率不高，且处理的秸秆量有限。研究发现，刚收获的鲜秸秆中可溶性糖含量高，木质化程度低，但在自然风干过程中，由于植物的生理呼吸作用，秸秆会进一步木质素化，使秸秆的可溶性糖含量减少，木质素、半纤维素和纤维素含量进一步增加，使结构更复杂稳定，更加不利于续的利用。因此，尽可能保留鲜秸秆中的的可溶性组分，并有效破坏其木质素与纤维素和半纤维素相互缠绕的结构，是提高秸秆厌氧发酵产沼气量的关键。这一问题目前已有一定研究，刘斌等公开了利用能源草湿干联合发酵制备沼气和生产有机肥的方法(CN103060388A)，孙永明等公开了一种提高能源草制备生物燃气效率的两相反应方法(CN102321674A)，杨富裕等公开专利技术了一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法(CN103468749A)，张蕊等公开专利技术了一种基于高效发酵产沼气的秸秆青贮方法(CN107574118A)。目前已有的这些方法主要集中在通过添加发酵促进剂(如乳酸菌、纤维素酶等)，或发酵抑制剂(如酸，或具有酸性的铁盐等)，在青贮的过程中破坏秸秆本身的结构以提高其厌氧发酵产沼气效率，但是目前的青贮方法会损耗过多的有机组分(可溶性糖、可溶性蛋白质、脂肪等)，且对破坏秸秆中复杂的木质纤维素结构存在局限性。因此，寻找合适的青贮方法，减少秸秆中有机成分的损耗，有效破秸秆中木质素、纤维素和半纤维素的复杂结构，且不产生二次污染，有效提高秸秆后续厌氧发酵产沼气效率，最终实现秸秆的高效、低成本资源化利用是关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提出一种提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法。该青贮方法利用过氧化钙和氨水作为青贮添加剂，有效杀灭好氧菌、霉菌等杂菌，防止秸秆霉变、腐烂，减少秸秆中营养物的损失，同时在青贮过程有效破坏秸秆的木质纤维素复杂结构，能有效提高秸秆厌氧发酵产气量。本专利技术的技术方案为：一种提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法，包括以下步骤：(1)将刚收割的秸秆粉碎至0.5-3.0cm的长度；(2)向粉碎后的秸秆喷洒青贮添加剂A，并搅拌均匀，得到青贮备料；所述的青贮添加剂为A为2-10wt％的过氧化钙溶液，过氧化钙溶液的添加量为15-50mL/kg秸秆；(3)将调制均匀的青贮备料分层装填于青贮窖：每层的装填步骤为：装填30-60cm厚的秸秆，夯实,并在其上表面均匀喷洒青贮添加剂B；当逐层压实后的青贮备料高出青贮窖口30-50cm时，完成秸秆的装填，用塑料布完全覆盖青贮窖，并在塑料布外覆盖15-30cm的泥土层进行密封，形成厌氧环境，在自然温度下(5-25℃)密闭保存30-90天，得到青贮秸秆；所述的青贮添加剂B为浓度为10-20wt％的氨水溶液，氨水的添加量为50-150ml/kg青贮备料。所述的逐层压实中，层数为5～12层。所述的秸秆为玉米秸秆、高粱秸秆、麦秸或稻草。所述的刚收割的秸秆为乳熟期、蜡熟期或完熟期的鲜秸秆。所述的提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法得到的青贮秸秆的应用，作为厌氧发酵产沼气的原料。与现有技术相比，本专利技术提供的方法具有以下优点：(1)本专利技术为一种基于提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法，提出利用过氧化钙和氨水作为青贮添加剂，可有效抑制青秸秆的植物呼吸作用，减少秸秆中可溶性糖的损失，避免了秸秆进一步木质素化。与自然风干秸秆相比，采用本专利技术的青贮方法，可使秸秆中可溶性糖含量提高40-140％，木质素含量减少10-50％。(2)本专利技术中的青贮添加剂过氧化钙和氨协同作用可有效杀灭有害菌，且氨水的存在可延缓过氧化钙的水解，使其缓慢释放出的氢氧化钙和过氧化氢，在青贮中后期仍可有效抑制乳酸菌的过量繁殖，减少有机成分的损失。(3)本专利技术所采用青贮添加剂过氧化钙和氨水，对秸秆中的木质素进行有效破坏，从而打破了木质素与纤维素和半纤维素相互缠绕的复杂结构，且纤维素的有序晶体结构遭到破坏，使秸秆中的纤维素和半纤维素在后续沼气发酵过程易于水解利用，进而提高沼气产量。与风干秸秆相比，本专利技术的获得的青贮方法可使秸秆的结晶度降低10-30％，产沼气量提高30％-75％。(4)本专利技术采用的青贮添加剂在青贮完成后，不但对后续的沼气发酵没有抑制作用，反而可以降低后续营养元素的添加量。因为秸秆中氮含量极低，然而氮是厌氧微生物必需的营养元素，青贮过程添的氨水还可以作为后续沼气发酵的氮源，对厌氧发酵有促进作用，同时也有利于维持沼气发酵体系pH的稳定。(5)以该青贮方法获得的青贮秸秆作为原料进行沼气发酵，不但可获取沼气，发酵后的沼渣不含有害化学物质，可作为良好的绿色有机肥料施于农田，实现废物的循环利用，不会产生二次污染，易于形成生态农业模式，经济效益和环境效益均显著增加。附图说明图1为自然风干秸秆在500倍下的扫描电镜图；图2为实施例1得到的青贮秸秆在500倍下的扫描电镜图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进一步说明。但本专利技术的保护范围不能认为仅局限于下述具体实施方式。在不脱离本专利技术构思的基础上所作的任何改进、简单推演或同等替换方案，均属本专利技术的保护范围。实施例1：本专利技术提出了一种提高秸秆沼气发酵产量的青贮方法，本专利技术可通过如下方法实施：青贮秸秆制备：将新收割的蜡熟期玉米秸秆粉碎至0.5-3cm的长度，然后向粉碎后的玉米秸秆中喷洒浓度为8wt％过氧化钙溶液，过氧化钙溶液添加量为40mL/kg鲜秸秆，搅拌均匀后得到青贮备料；然后将青贮备料装窖：青贮窖深2.5米，每装填40cm厚，用石杵夯实，并在青贮料上表面均匀喷洒一次浓度为15wt％的氨水溶液，氨水溶液的添加量为80mL/kg青贮备料，然后在此之上按照“装填-夯实-喷洒”的次序继续重复进行新的一层的装填，直至压实后的秸秆超出窖口30cm，窖口覆盖上塑料布，并在塑料布上覆盖上20cm厚的泥土进行密封，在自然温度下(5-25℃)保存35天，得到青贮秸秆。应用效果：将秸秆与沼液接种物按照1：10质量比进行混合，接种物来自沼气发酵罐排出的沼液(接种沼液的总固体量为3.88％,总固体中挥发性固体含量为65.06％)，再调节混合物的pH至7.2，在37℃的温度下进行厌氧发酵30天，以排水集气法收集气体,每日测定产气量，单位干物质累积产气量为546mL/g(TS),在相同发酵条件下，同时期收割的自然风干玉米秸秆的累积产气量为321mL/g(TS)。与同时期收割的自然风干秸秆相比，通过本实施例的实施，青贮秸秆中可溶性糖含量提高了62.3％，木质素含量减少43.9％，秸秆的木质纤维素结构也遭到有效破坏(见图1和图2的比较)。结晶度降低了29％，沼气产量提高了70％。实施例2：青贮秸秆制备：将新收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法，其特征为该方法包括以下步骤：(1)将刚收割的秸秆粉碎至0.5‑3.0cm的长度；(2)向粉碎后的秸秆喷洒青贮添加剂A，并搅拌均匀，得到青贮备料；所述的青贮添加剂为A为2‑10wt％的过氧化钙溶液，过氧化钙溶液的添加量为15‑50mL/kg秸秆；(3)将调制均匀的青贮备料分层装填于青贮窖：每层的装填步骤为：装填30‑60cm厚的秸秆，夯实,并在其上表面均匀喷洒青贮添加剂B；当逐层压实后的青贮备料高出青贮窖口30‑50cm时，完成秸秆的装填，用塑料布完全覆盖青贮窖，并在塑料布外覆盖15‑30cm的泥土层进行密封，形成厌氧环境，在自然温度下(5‑25℃)密闭保存30‑90天，得到青贮秸秆；所述的青贮添加剂B为10‑20wt％的氨水溶液，氨水的添加量为50‑150ml/kg青贮备料。

【技术特征摘要】
1.一种提高秸秆厌氧发酵产沼气量的青贮方法，其特征为该方法包括以下步骤：(1)将刚收割的秸秆粉碎至0.5-3.0cm的长度；(2)向粉碎后的秸秆喷洒青贮添加剂A，并搅拌均匀，得到青贮备料；所述的青贮添加剂为A为2-10wt％的过氧化钙溶液，过氧化钙溶液的添加量为15-50mL/kg秸秆；(3)将调制均匀的青贮备料分层装填于青贮窖：每层的装填步骤为：装填30-60cm厚的秸秆，夯实,并在其上表面均匀喷洒青贮添加剂B；当逐层压实后的青贮备料高出青贮窖口30-50cm时，完成秸秆的装填，用塑料布完全覆盖青贮窖，并在塑料布外覆盖15-30cm的泥土层进行密封，形成厌氧环境，在自然温度下...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙优善，沈伯雄，龚旭东，王志强，张长平，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12