一种固液交替分解秸秆的方法技术

本发明专利技术公开一种固液交替分解秸秆的方法，采用网框吊篮装填粉碎的秸秆，在复合微生物菌群作用下，利用固态液态反复交替运行的方式，依据分解液中复合微生物菌体量及Lap酶活力决定秸秆浸没在液体中呈现液态发酵（增大菌体量）或吊起秸秆呈现固态发酵（产酶）的时间和次数，并在固态产酶后再次浸没秸秆到液体中，强化酶与秸秆底物的传质接触，达到大幅度提高秸秆分解率的目的。秆分解率的目的。秆分解率的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种固液交替分解秸秆的方法


[0001]本专利技术属于农业废弃物秸秆处理领域，具体涉及一种固液交替分解秸秆的方法。
[0002]本专利技术属于战略性新型产业目录之4 生物产业中的4.3 生物农业产业重点方向下4.3.3 生物肥料 重点产品与技术服务。农用沼气生产与综合利用，农作物秸秆还田技术。

技术介绍

[0003]在我国，秸秆等农业固体废弃物在两方面有广泛的应用，一是沼气化技术，它在降解秸秆等废弃物的同时，可以生产出沼气作为能源，沼液可用作农用肥。沼气化技术目前是控制污染、改变农村能源结构的重要途径之一，但目前沼气化实施的覆盖率还不是很高。二是堆肥，堆肥方法也是消化秸秆等农村废弃物的有效方式，但常规堆肥方法因为缺乏特殊分解功能的微生物，不能很好的消化秸秆。
[0004]秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素等成分组成，对于这些物质的分解需要多种菌种协同作用，而且由于半纤维素和木质素会以共价键结合形成复合物将纤维素包埋其中，使得纤维素酶难以与纤维素接触，所以，分解秸秆比较困难。而且，由于微生物分解秸秆需要特定的微生物所产生的特定酶才能完成分解过程，例如分解木质素需要木素过氧化酶Lip或漆酶Lac，分解半纤维素需要木糖酶等半纤维素酶，分解纤维素需要葡萄糖外切酶、葡萄糖内切酶和β
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1，4葡聚糖苷酶，尽管这些酶可以有不同的真菌或细菌产生，但是受限于产酶环境和条件的限制，工程化应用中直接使用这些酶成本过高，不经济，而采用常规的固体好氧发酵或液体好氧发酵都容易产生底物抑制的问题，即分解产生的还原糖阻碍微生物连续产酶并影响已有酶的活性。
[0005]自然状态下秸秆的分解需要6个月到一年半时间，人们为了更好地利用秸秆中的物质，通常需要采用一些物理方法、化学方法或生物方法将其中的含碳物、含氮物转化成生物能源或农业养分资源，在上述几种处理方法中，生物方法反应最温和、有机物转化率较高且没有二次污染问题。
[0006]在生物方法中，从分解形态上，主要就是固态法和液态法，但是固态发酵和液态发酵存在一些问题。
[0007]秸秆的固态发酵特征就是水分活度低，发酵不均匀。菌体的生长，对营养物质的吸收和代谢产物的分泌在各处都是不均匀的，尽管固态发酵产酶量比较高，但发酵参数的检测和控制都比较困难，目前固态发酵可测或可调的参数主要有：培养基含水量、空气湿度、CO
2 和 O2含量、pH 值、温度和菌体生长量等，固态发酵温度非常难以控制，而一般情况下分解秸秆的微生物超过50℃就面临菌体死亡和酶失活。另外，营养物质浓度存在梯度，碳源氮源的不均匀分布也使得容易产生菌体生长和产酶分解的矛盾。固态发酵并使用液体淋洗的方法本质上仍属于固态发酵，秸秆固态发酵采取淋洗的方式将分解液分离出来，分解液COD浓度一般在10000 mg/L左右，要达到此浓度，在水：秸秆=10：1的情况下，出液时间需要15天以上。
[0008]秸秆的液态发酵特征是水活度高，供氧控制比较容易，发酵也比较均匀，但是随着分解产物的积累，又非常容易受到产物抑制，导致酶活降低，分解难以持续，分解液COD的浓度一般在8000mg/L左右，达到此浓度的时间一般在5
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7天。由于菌体生长和产酶所需要的条件刚好相反，例如菌体生长需要足够的碳源和氮源，而木素酶则需要在限制氮源的情况下才能产生，这样一来，在液态发酵分解过程中难以动态控制微生物的生长和产酶过程。
[0009]为了提高秸秆被微生物彻底分解的速度，需要根据微生物生长和产酶的条件，找出合适的方法既能保证有足够的菌体生长量，同时还能产生足够多的酶系，从而快速完成秸秆的分解。

技术实现思路

[0010]针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提供一种固液交替分解秸秆的方法。
[0011]本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种固液交替分解秸秆的方法，对粉碎的秸秆进行碱臭氧处理，然后按照秸秆：复合微生物菌剂：水=1：0.05：（10
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20）的重量比配置分解液，将碱臭氧处理后的秸秆装入吊篮中，吊篮沉入分解液中，分解液底部充氧曝气，复合微生物菌体量快速增加，达到设定值后将吊篮吊起脱离分解液，秸秆处于固态发酵状态，附着在秸秆上的菌体生长消耗碳源、氮源导致进入限碳限氮状态，从而刺激复合微生物产酶；Lap酶活力达到设定值后将吊篮再次沉入分解液中，依据分解液中复合微生物菌体量及Lap酶活力，重复吊篮浸入液体及吊起脱离液体的操作，秸秆分解达到50%以上或分解液的COD低于5000 mg/L时停止。
[0012]将吊篮吊起脱离分解液的复合微生物菌体量的设定值为＞108个/mL,将吊篮再次沉入分解液的酶活力设定值为＞10u/mg。
[0013]将吊篮再次吊起脱离分解液的条件为吊篮沉入分解液时间大于4小时，复合微生物菌体量＞108个/mL，将吊篮再次沉入分解液的的条件为酶活力＞10u/mg。
[0014]秸秆内温升超过50℃，启动潜水泵将分解液的底部液体抽出，然后返淋至液面或秸秆上。
[0015]分解液中COD浓度大于20000mg/L时，放出部分分解液，补充等量的清水和氮源。
[0016]每次放出分解液的量为总量的一半。
[0017]复合微生物菌剂包括白腐菌、绿色木霉和黑曲霉，三种菌按照菌体量1:0.5:0.1混合。
[0018]复合微生物菌剂中白腐菌在PDA培养基中28℃培养48小时，然后在驯化培养基中30℃驯化72小时，驯化培养培养基中有碳源葡萄糖、或红糖，氮源尿素、硫酸铵、和豆浆，无机盐硫酸镁、磷酸氢二钾，复合维生素、碱臭氧处理液、粉煤灰浸出液，其中碳氮比1：1
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2：1。
[0019]复合微生物菌剂的扩大培养液组成为红糖10g/L、豆浆100ml/L、尿素2g/L、硫酸铵2g/L、麸皮2g/L、碱臭氧处理液900ml/L。
[0020]粉碎的秸秆尺寸为不大于5cm。
[0021]相对于现有技术，本专利技术在复合微生物菌群作用下，利用固态液态反复交替运行的方式，达到提高秸秆分解率的目的。从实践效果看，相比单纯液态发酵分解，或固态发酵分解以及固态淋溶方式分解，缩短了秸秆分解时间、提高了秸秆的分解速率，常规方式达到50%秸秆分解率的时间至少在30天以上，本专利技术公开的这种分解秸秆的方法只需6天即可达
到50%的秸秆分解率，且采用固液交替分解秸秆的方法六天时分解液的COD含量达到22000 mg/L，常规分解方法六天时分解液的COD含量仅达10000 mg/L左右，秸秆分解率超过常规方式1倍以上。
[0022]本专利技术容易实现规模化、大批量分解处理农业废弃物
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秸秆，分解产生的渣液可进一步通过乙醇发酵生产酒精，也可以通过厌氧发酵生产生物天然气即沼液，具有广泛的应用前景。
附图说明
[0023]图1是专利技术工艺流程图。
具体实施方式
[0024]如图１所示，一种固液交替分解秸秆的方法，首先对粉碎的秸秆进行碱臭氧处理，粉碎后的秸秆粗度不大于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固液交替分解秸秆的方法，其特征在于：对粉碎的秸秆进行碱臭氧处理，然后按照秸秆：复合微生物菌剂：水=1：0.05：（10
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20）的重量比配置分解液，将碱臭氧处理后的秸秆装入吊篮中，吊篮沉入分解液中，分解液底部充氧曝气，复合微生物菌体量快速增加，达到设定值后将吊篮吊起脱离分解液，秸秆处于固态发酵状态，附着在秸秆上的菌体生长消耗碳源、氮源导致进入限碳限氮状态，从而刺激复合微生物产酶；Lap酶活力达到设定值后将吊篮再次沉入分解液中，依据分解液中复合微生物菌体量及Lap酶活力，重复吊篮浸入液体及吊起脱离液体的操作，秸秆分解达到50%以上或分解液的COD低于5000 mg/L时停止。2.根据权利要求1所述一种固液交替分解秸秆的方法，其特征在于：将吊篮吊起脱离分解液的复合微生物菌体量的设定值为＞108个/mL,将吊篮再次沉入分解液的酶活力设定值为＞10u/mg。3.根据权利要求1所述一种固液交替分解秸秆的方法，其特征在于：将吊篮再次吊起脱离分解液的条件为吊篮沉入分解液时间大于4小时，复合微生物菌体量＞108个/mL，将吊篮再次沉入分解液的的条件为酶活力＞10u/mg。4.根据权利要求1所述一种固液交替分解秸秆的方法，其特征在于：秸秆内温升超过50℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：付涛，霍书浩，李冬梅，韩农，
申请(专利权)人：上海特石生态科技有限公司中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：