一种木糖渣高效厌氧制沼气的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种提高木糖渣厌氧发酵制沼气效率、且能降低成本的方法，步骤如下：(1)将木糖渣与水按比例加入预处理反应器中，进行加热搅拌反应，完成对木糖渣的预处理；(2)将步骤(1)中预处理后的木糖渣输送到酶解反应器中，加入pH缓冲液调节pH，加入表面活性剂、纤维素酶、辅助酶及促进剂进行酶解；(3)将步骤(2)中的酶解液和污泥按比例输入到厌氧发酵反应器中，持续搅拌发酵；(4)随着发酵的进行，收集步骤(3)中产生的沼气。还公开一种运行该方法的系统，包括依次相连的预处理反应器、预处理液储罐、酶解反应器、酶解液储罐、至少一个厌氧发酵反应器、沼气提质器、储气柜。本系统将酶解和发酵分开，提高反应效率。

Method and system for high-efficiency anaerobic anaerobic fermentation of xylose residue

The invention discloses a method for improving xylose residue biogas production efficiency, and can reduce the cost of the method, the steps are as follows: (1) xylose residue and water are added into the pretreatment reactor, heating and stirring reaction, complete the pretreatment of xylose residue; (2) the step (1) xylose in the slag after pretreatment of the delivery to the enzymatic reactor, adding pH buffer was adjusted to pH, adding surfactant, cellulase, enzyme and enzyme Auxiliary Accelerator; (3) the step (2) in the enzyme solution and sludge according to the proportion of input to the anaerobic fermentation reactor, continuous stirred fermentation; (4) along with the fermentation process, collection step (3) in the production of biogas. The system also discloses an operation method, comprises a pretreatment reactor, pretreatment liquid tank, enzymatic reactor, enzymolysis liquid storage tank, at least one anaerobic fermentation reactor, biogas, gas storage cabinet. The system separates the enzymatic hydrolysis and fermentation to improve the reaction efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种木糖渣高效厌氧制沼气的方法及系统
本专利技术属于生物质能源与资源
，具体的是涉及一种木糖渣高效厌氧制沼气的方法及系统。
技术介绍
木糖渣是生产木糖/木糖醇剩余的酸性固体废弃物，含有较高浓度的硫酸根离子和水分，极易污染大气和水源，对生态环境造成巨大压力，同时限制了木糖产业的健康、持续发展。目前，木糖渣主要被利用于进行食用菌栽培或直接做燃料，现有技术中很少有应用木糖渣生产沼气。木糖渣主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，由于含有大量的纤维素资源，其具有应用于工业生产生物能源的潜力。纤维素酶是能够水解纤维素的一类酶的总称。利用纤维素酶处理木糖渣，可将木糖渣中的纤维素水解成还原糖等小分子，将处理后的酶解液利用厌氧发酵产生沼气。由于大量使用纤维素酶进行酶解，会增加生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高木糖渣厌氧发酵制沼气效率、且能降低成本的方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种木糖渣高效厌氧制沼气的方法，包括如下步骤：(1)预处理步骤：将木糖渣粉碎后与水按比例加入预处理反应器中，在45-55℃温度下进行搅拌反应处理，完成对木糖渣的预处理；(2)酶解步骤：将步骤(1)中预处理后的木糖渣输入到酶解反应器中，加入pH缓冲液调节pH，加入表面活性剂、纤维素酶、辅助酶及促进剂进行酶解；(3)发酵步骤：将步骤(2)中的酶解液和污泥按比例输入到厌氧发酵反应器中，持续搅拌发酵；(4)沼气收集步骤：随着发酵的进行，收集步骤(3)中产生的沼气。更进一步的，预处理步骤中，粉碎后的木糖渣与水按1:8-1:15加入到预处理反应器中，在45-55℃的温度下，搅拌处理30-60分钟。更进一步的，酶解步骤中，加入0.1-0.2mL/g的表面活性剂、10-40u/g的纤维素酶、1-5u/g的辅助酶、0.05-1mmol/L的促进剂，在45-50℃的温度下，酶解12-48小时。更进一步的，酶解步骤中，通过酸碱调节pH，使pH保持在4.5-4.8。更进一步的，纤维素酶可以是内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡聚糖苷酶的一种或多种。更进一步的，辅助酶可以是果胶酶、半纤维素酶的一种或多种。更进一步的，促进剂可以是微量元素、L-抗坏血酸的一种或多种。更进一步的，发酵步骤中，污泥与酶解液的比例为2:5-3:5，在55-60℃的温度下，以100-150r/min速度持续搅拌，发酵5-15天。更进一步的，发酵步骤中，通过酸碱调节pH，使pH保持在7.3-7.8。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术中步骤(1)中所利用的木糖渣是生产木糖/木糖醇剩余的酸性固体废弃物，里面还残留有较多的硫酸，本专利技术将粉碎后的木糖渣与水按1:8-1:15加入到预处理反应器中，搅拌反应一段时间后再进入下一步的调pH和酶解工序，可以充分利用木糖渣原料中带来的酸性和酶解需要的较高温度45-55℃。对木糖渣进行预处理，处理后不仅木糖渣中的半纤维素有一部分可以转化为五碳糖，而且通过对木糖渣预处理之后，使原料更易于酶解，可以减少后续步骤(2)中纤维素酶的用量，达到节约成本的目的，同时还能加快沼气发酵产气率和缩短发酵周期；2、利用纤维素酶预处理木糖渣，能大幅度提高木糖渣发酵产沼气的能力，能够缩短木糖渣发酵产沼气的周期，有助于木糖渣生产沼气工业化；3、木糖渣作为工业废弃物可以通过厌氧消化技术转化为高效清洁的生物质能源，解决能源短缺问题及改善环境问题。一种运行本专利技术木糖渣高效厌氧制沼气方法的系统，包括依次相连的预处理反应器、预处理液储罐、酶解反应器、酶解液储罐、至少一个厌氧发酵反应器、沼气提质器、储气柜，其中：预处理反应器与预处理液储罐之间、预处理液储罐与酶解反应器之间、酶解反应器与酶解液储罐之间、酶解液储罐与厌氧发酵反应器之间均设置有抽液泵；酶解反应器、厌氧发酵反应器内均设置有温度探头和pH探头；酶解反应器、酶解液储罐中设置有过滤装置；预处理反应器、厌氧发酵反应器内均设置有搅拌器。更进一步的，该系统还包括酸调节罐、碱调节罐，并且通过管路分别与酶解反应器、厌氧发酵反应器连接；其中，管路上设置有阀门。更进一步的，该系统还包括中央控制系统，温度探头和pH探头将检测到的温度值和pH值传给中央控制系统，中央控制系统控制抽液泵和阀门的开闭。更进一步的，该系统还包括变性污泥收集罐，并且通过管路与厌氧发酵反应器连接。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术通过设置酶解反应器和厌氧发酵反应器，将纤维素酶解和沼气发酵分开，实现两步反应分离，分别处在最佳条件，提高反应效率，同时还能解除沼气发酵环境对纤维素酶的抑制；2、本专利技术设置的酶解反应器和厌氧发酵反应器能够分别控制温度和pH，保证两步反应都能高效进行；3、本专利技术通过设置酸碱调节罐，可实时对酶解反应器和厌氧发酵反应器调节pH；4、本专利技术通过设置预处理液储罐和酶解液储罐，可进行连续进料，实现连续生产沼气；5、本专利技术将工业废料用于生产沼气，实现废物的高效利用，有利于环保和节约资源。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为本专利技术实施例木糖渣高效厌氧制沼气方法的流程图；图2为本专利技术实施例木糖渣高效厌氧制沼气系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例不同酶量条件下反应液中还原糖浓度变化图；其中，1-预处理反应器，2-预处理液储罐，3-酶解反应器，4-酶解液储罐，5-厌氧发酵反应器，6-沼气提质器，7-储气柜，8-酸调节罐，9-碱调节罐，10-变性污泥收集罐，12-第一抽液泵，13-第二抽液泵，14-第三抽液泵，15-第四抽液泵，11-搅拌器，31-温度探头，32-pH探头，33-过滤装置，41-过滤装置，51-温度探头，52-pH探头，53-搅拌器。具体实施方式本专利技术实施例通过提供一种木糖渣高效厌氧制沼气方法及系统，通过对木糖渣高效厌氧制沼气方法细节的研究以及系统设备的调整，增加了木糖渣厌氧制沼气的产量，同时使整体厌氧发酵时间明显缩短，对利用木糖渣厌氧发酵制沼气产生深远的影响。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。如图1所示，本专利技术实施例的木糖渣高效厌氧制沼气方法，包括以下工艺步骤：(1)预处理步骤：将木糖渣粉碎后与水按比例加入预处理反应器中，在45-55℃温度下进行搅拌反应处理，完成对木糖渣的预处理；(2)酶解步骤：将步骤(1)中预处理后的木糖渣输入到酶解反应器中，加入酸碱缓冲液调节pH，加入表面活性剂、纤维素酶、辅助酶及促进剂进行酶解；(3)发酵步骤：将步骤(2)中的酶解液和污泥按比例输入到厌氧发酵反应器中，持续搅拌发酵；(4)沼气收集步骤：随着发酵的进行，收集步骤(3)中产生的沼气。接下来详细介绍每一个工艺步骤的详细情况以及两个工艺步骤之间的衔接关系：(1)预处理步骤：木糖渣是生产木糖/木糖醇剩余的酸性固体废弃物。粉碎后的木糖渣与水按1:8-1:15加入到预处理反应器中，在45-55℃的温度下，搅拌处理30-60分钟，完成对木糖渣预处理过程，即为木糖渣的第一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木糖渣高效厌氧制沼气的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预处理步骤：将木糖渣粉碎后与水按比例加入预处理反应器中，在45‑55℃温度下进行搅拌反应处理，完成对木糖渣的预处理；(2)酶解步骤：将步骤(1)中预处理后的木糖渣输入到酶解反应器中，加入pH缓冲液调节pH，加入表面活性剂、纤维素酶、辅助酶及促进剂进行酶解；(3)发酵步骤：将步骤(2)中的酶解液和污泥按比例输入到厌氧发酵反应器中，持续搅拌发酵；(4)沼气收集步骤：随着发酵的进行，收集步骤(3)中产生的沼气。

【技术特征摘要】
1.一种木糖渣高效厌氧制沼气的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预处理步骤：将木糖渣粉碎后与水按比例加入预处理反应器中，在45-55℃温度下进行搅拌反应处理，完成对木糖渣的预处理；(2)酶解步骤：将步骤(1)中预处理后的木糖渣输入到酶解反应器中，加入pH缓冲液调节pH，加入表面活性剂、纤维素酶、辅助酶及促进剂进行酶解；(3)发酵步骤：将步骤(2)中的酶解液和污泥按比例输入到厌氧发酵反应器中，持续搅拌发酵；(4)沼气收集步骤：随着发酵的进行，收集步骤(3)中产生的沼气。2.根据权利要求1所述的木糖渣高效厌氧制沼气的方法，其特征在于，所述预处理步骤中，粉碎后的木糖渣与水按1:8-1:15加入到预处理反应器中，在45-55℃的温度下，搅拌处理30-60分钟。3.根据权利要求1所述的木糖渣高效厌氧制沼气的方法，其特征在于，所述酶解步骤中，加入0.1-0.2mL/g的表面活性剂、10-40u/g的纤维素酶、1-5u/g的辅助酶、0.05-1mmol/L的促进剂，在45-50℃的温度下，酶解12-48小时。4.根据权利要求1所述的木糖渣高效厌氧制沼气的方法，其特征在于，所述酶解步骤中，通过酸碱调节pH，使pH保持在4.5-4.8。5.根据权利要求1所述的木糖渣高效厌氧制沼气的方法，其特征在于，所述纤维素酶可以是内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡聚糖苷酶的一种或多种；所述辅助酶可以是果胶酶、半纤维素酶的一种或多种；所述促进剂可以是微量元素、L-抗坏血酸的一种或多种。6.根据权利要求1所述的木糖渣高效厌氧制沼气的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋园，代淑梅，李自强，
申请(专利权)人：中溶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13