用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法技术

本发明专利技术公开了一种用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，属于秸秆厌氧产沼气的技术领域。本发明专利技术包括以下步骤：1）秸秆预处理，将秸秆粉碎，粒径大小为1‑2cm；2）秸秆调配，在步骤1）所得秸秆内添加沼液和接种物，得料液，料液的含固率为8‑10%；3）秸秆水解，将步骤2）所得料液兼氧水解1‑2天，水解温度为38±2℃，并间歇曝气，曝气气水比为6:1‑20:1，得水解液。本发明专利技术有效解决了秸秆厌氧发酵结壳、进出料困难的问题，提高了秸秆厌氧发酵效率，发酵时间缩短10‑20天，通过沼液回流调配，每吨秸秆可节约调配用水7‑9吨，直接降低工程的一次性投资100‑150万，运行成本降低10‑15%。

Mechanical pulverization combined with oxygen hydrolysis pretreatment method for stalk anaerobic fermentation

The invention discloses a mechanical pulverization combined with an oxygen hydrolysis pretreatment method used for the anaerobic fermentation of straws, belonging to the technical field of straw anaerobic methane production. The invention comprises the following steps: 1) pretreatment of straw, the straw, the particle size of 1 2cm; 2) straw deployment, in step 1) with biogas slurry and inoculum in the straw, to feed liquid, the liquid containing solid rate was 8 10%; 3) straw hydrolysis step 2) the liquid facultative hydrolysis of 1 2 days, hydrolysis temperature 38 - 2 DEG C, and intermittent aeration, the aeration gas water ratio of 6:1 to 20:1, hydrolysate. The invention solves the anaerobic fermentation of stalk crusts, feeding difficulties, improve the efficiency of straw anaerobic fermentation, the fermentation time is shortened by 10 20 days, through the deployment of slurry recirculation, per ton of straw can save 9 tons of water allocation of 7, directly reduce the one-time investment of the 100 projects 1 million 500 thousand, operating costs reduced by 10 15%.

【技术实现步骤摘要】
用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法
本专利技术属于秸秆厌氧产沼气的
，特别是指一种用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法。
技术介绍
我国是农业大国，作物秸秆极其丰富，据统计，每年可收集秸秆资源量约为9亿吨；若不及时处理，不仅污染环境，而且造成资源浪费。为了实现秸秆的资源化和无害化利用，我国大力支持秸秆类规模化大型沼气工程建设，秸秆沼气工程得到了迅速发展。秸秆的木质素含量较高，而且，秸秆的纤维素结构也很复杂，分子内部存在着大量的结晶区、氢键和非结晶区，致使干秸秆不易被厌氧消化，产气量低，经济效益差，并且，在工程运行中经常出现诸多问题，如浮渣严重，进出料困难，管道堵塞等，需要经常维修甚至停产，这些是导致秸秆不易于被大规模用于生产沼气的主要原因。而解决的方法就是在秸秆厌氧发酵前对秸秆进行预处理，破坏秸秆的内部结构，提高水解速率，从而提高秸秆的厌氧消化性能，因此，高效的预处理方式是实现秸秆大规模用于生产沼气的关键步骤。通过物理、化学和生物等途径对秸秆进行的预处理，都能提高秸秆厌氧消化率和产气率，但现有的以上预处理方法在改善秸秆特性、提高原料消化率和增加产气量的同时也存在一系列问题，各有其局限性。物理预处理的效果与成本投入密切相关，且单一使用效果有限；化学处理简单方便，处理效果也较好，但对设备要求高，投加化学药剂增加了成本，并且有可能造成二次污染；生物预处理反应温和、能耗较小，设备简单，不会带来环境污染，但预处理周期长，占地面积大，需要高效的生物菌剂，而且我国现有技术离规模化的应用还有一定的差距。鉴于秸秆类原料的结构特点，应着眼于工程应用，开发一种低成本、高效、便捷、环境友好型的预处理方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，解决了现有技术中的秸秆预处理方法存在投资高、效果差、容易造成二次污染和规模化生产难的问题。本专利技术的一种用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，其主要是通过以下技术方案加以实现的：包括以下步骤：1）秸秆预处理，将秸秆粉碎，使其粒径大小为1-2cm；2）秸秆调配，在步骤1）所得秸秆内添加沼液和接种物，得料液，料液的含固率为8-10%；3）秸秆水解，将步骤2）所得料液兼氧水解1-2天，水解温度为38±2℃，并间歇曝气，曝气气水比为6:1-20:1，得水解液。本专利技术的这种采用机械粉碎联合兼氧水解的秸秆预处理方法中，采用机械粉碎和兼氧水解联合的预处理方法能够使秸秆最大限度的降解为小分子物质，打破单一预处理效果差的劣势；沼液为沼气工程厌氧发酵罐中的出料，为富含水解酸化菌和甲烷菌的沼液，采用沼液进行调配一方面能够替代调配用水，消纳沼液，另一方面能够利用沼液中的水解酸化菌，进一步提高预处理效率；采用兼氧的水解方式是利用水解酸化菌和产甲烷菌的特性差异，提高水解酸化菌的活性，最大限度的提高水解效率；本专利技术不仅能够解决秸秆厌氧发酵结壳、进出料困难的问题，还能够提高秸秆厌氧发酵效率，缩短发酵时间，同时消纳了沼液。作为一种优选的实施方案，所述步骤2）的接种物为所述步骤3）得到的水解液。本专利技术的接种物可以采用水解液进行自接种而不采用外源添加菌种，由于外源添加菌种在水解过程中需要驯化为优势菌群才能发挥水解作用，启动较慢，延长了料液的水解时间，一次性投资增加；另外，外源添加菌种需要额外增加经济成本，经济效益不佳；本专利技术水解液中本身含有的水解酸化菌即为驯化后的最适菌种，对于秸秆原料和外界环境具有很好的适应性。作为一种优选的实施方案，所述步骤2）的接种物的用量为所述步骤3）所得水解液总体积的20-30%。本专利技术可以通过水解池不完全出料即在水解池中始终保留20-30%的水解液来实现；另外，水解初次运行时可通过全部以沼液调配，延长水解时间至2-3天，利用沼液中本身携带的水解酸化菌的自身繁殖来实现秸秆水解的启动。作为一种优选的实施方案，所述步骤3）中，曝气气水比为10:1-15:1。通过控制曝气过程中的气水比可以更好的利用水解酸化菌和产甲烷菌的特性差异，抑制甲烷菌的活性，使水解酸化菌充分发挥作用，从而提高水解酸化效率。作为一种优选的实施方案，所述步骤3）所得水解液的pH值为5.0-6.0，VFA含量为8000-12000mg/L。本专利技术的这种水解液可以直接泵入厌氧发酵罐进行厌氧发酵；与未水解预处理组相比，其产气高峰可以提前5-8天，发酵周期可控制在15-25天。作为一种优选的实施方案，所述步骤3）所得水解液的pH值为5.5，VFA含量为10000mg/L。此时，料液得到了充分的水解酸化，VFA含量达到峰值，进入厌氧罐后可以最快的达到产气高峰。作为一种优选的实施方案，所述步骤1）中，所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆中的任意一种或几种，秸秆预处理时采用粉碎机进行粉碎，粉碎后的秸秆粒径大小为1-1.5cm。事先对秸秆进行碎粉预处理，可以使秸秆更容易进行水解和酸化，提高水解和酸化效果，使秸秆最大限度的降解为小分子物质，打破单一预处理效果差的劣势。作为一种优选的实施方案，所述步骤1）中，秸秆预处理时，秸秆需要事先进行自然风干，并采用打捆机打捆，粉碎前首先破捆并筛分掉其中夹杂的土石杂质。对秸秆进行风干和打捆方便秸秆的储存和运输，去除杂质可以提高秸秆的纯净度，防止损坏粉碎机，保障粉碎粒径均匀，有利于提高水解效率。作为一种优选的实施方案，所述步骤2）中，秸秆水解时，曝气的时间间隔为1-3h。间歇曝气可以通过在水解池的底部设置曝气装置，曝气装置每隔1-3h对料液通入一次空气，从而实现水解体系的兼氧环境。作为一种优选的实施方案，所述步骤2）中，秸秆水解时进行搅拌，搅拌速度为10-30r/min。通过搅拌可以使水解时的秸秆、沼液和接种物进行充分混合，以提高秸秆水解的启动速度，提高水解的均匀性。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用机械粉碎和兼氧水解联合的预处理方法能够使秸秆最大限度的降解为小分子物质，打破单一预处理效果差的劣势；采用沼液进行调配一方面能够减少调配用水，消纳沼液，另一方面能够利用沼液中的水解酸化菌，进一步提高预处理效率；采用兼氧的水解方式是利用水解酸化菌和产甲烷菌的特性差异，提高水解酸化菌的活性，最大限度的提高水解效率；水解时间由之前的3-5天缩短至1-2天；本专利技术有效解决了秸秆厌氧发酵结壳、进出料困难的问题，还能够提高秸秆厌氧发酵效率，缩短发酵时间10-20天，通过沼液回流调配，每吨秸秆可节约调配用水7-9吨，以年处理10000吨秸秆的沼气工程为例，采用该预处理方法可直接降低工程的一次性投资100-150万，运行成本降低10-15%。具体实施方式下面将结合本专利技术的具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一本专利技术的一种用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，包括以下步骤：（1）秸秆粉碎，自然风干的秸秆采用打捆机打捆，一般存放于沼气工程的秸秆堆场中；粉碎前首先破捆并筛分掉其中夹杂的土石等杂质，然后使用秸秆粉碎机粉碎至粒径大小为1cm。（2）秸秆调配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1）秸秆预处理，将秸秆粉碎，使其粒径大小为1‑2cm；2）秸秆调配，在步骤1）所得秸秆内添加沼液和接种物，得料液，料液的含固率为8‑10%；3）秸秆水解，将步骤2）所得料液兼氧水解1‑2天，水解温度为38±2℃，并间歇曝气，曝气气水比为6:1‑20:1，得水解液。

【技术特征摘要】
1.一种用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1）秸秆预处理，将秸秆粉碎，使其粒径大小为1-2cm；2）秸秆调配，在步骤1）所得秸秆内添加沼液和接种物，得料液，料液的含固率为8-10%；3）秸秆水解，将步骤2）所得料液兼氧水解1-2天，水解温度为38±2℃，并间歇曝气，曝气气水比为6:1-20:1，得水解液。2.根据权利要求1所述的用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，其特征在于：所述步骤2）的接种物为所述步骤3）得到的水解液。3.根据权利要求2所述的用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，其特征在于：所述步骤2）的接种物的用量为所述步骤3）所得水解液总体积的20-30%。4.根据权利要求1所述的用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，其特征在于：所述步骤3）中，曝气气水比为10:1-15:1。5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于秸秆厌氧发酵的机械粉碎联合兼氧水解预处理方法，其特征在于：所述步骤3）所得水解液的pH为5.0-6.0，VF...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛静，吴健敏，
申请(专利权)人：青岛天人环境股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37