一种利用黑水联合碱处理农业纤维素废弃物进行厌氧发酵的方法技术

本发明专利技术公开一种利用黑水联合碱处理农业纤维素废弃物进行厌氧发酵的方法

【技术实现步骤摘要】
一种利用黑水联合碱处理农业纤维素废弃物进行厌氧发酵的方法


[0001]本专利技术属于纤维素类生物质资源回收再利用领域，特别涉及一种利用黑水与碱联合预处理秸秆类农业纤维素废弃物作为底物进行厌氧发酵的方法
。

技术介绍

[0002]工业的快速发展和人口的不断增长使得化石能源的消耗量与日俱增，能源与发展的矛盾日益突出引发了能源短缺
、
环境污染和气候变化等问题，替代化石能源的可再生能源的研究迫在眉睫
。
近年来，氢能
、
甲烷等可利用生物质进行转化的可再生能源备受关注
。
利用生物质进行能源转化，不但能解决焚烧
、
填埋等传统生物质废弃物处理方式引发的一系列环境问题，还能生产清洁能源
。
但是，目前生物质能源在生产和利用过程中仍然存在着诸多挑战
。
生物质，如农作物秸秆
、
稻壳
、
玉米芯等农业纤维素类废弃物，虽然具有数量大
、
可再生
、
价格低廉等优点，但在生物质能转化过程中存在利用率低的问题，因此如何高效
、
低成本地利用生物质进行能源转化受到了世界各国科学家的广泛关注
。
[0003]秸秆是农作物生产
、
加工过程中产生的废弃物，主要由纤维素
、
半纤维素和木质素组成，以玉米秸秆为例，纤维素质量分数为
40
～
50
％，半纤维素质量分数为
25
～
30
％，木质素质量分数为
15
～
20
％
。
秸秆复杂的三维结构，在厌氧发酵时会限制厌氧微生物的生长和厌氧消化水解的速度，从而抑制了秸秆产气产酸的效率，降低底物利用率
。
因此，需要对秸秆进行预处理，以破坏其结构，提升微生物对底物的利用效率，进而提升生物质能转化效率
。
[0004]目前秸秆预处理技术大体可分物理
、
生物和化学预处理三类
。
其中常见的物理预处理方法有热处理法
、
机械粉碎法
、
微波法
、
超声波法和辐照法等，这类方法主要是改变秸秆的外部形态或内部组织结构，提高有效接触面积，进而提高降解效率
。
物理预处理方法虽然能提高农业纤维素废弃物的转化效率和利用率，但其能源耗能较大，同时需要购买特定的处理设备，投入大量资金
。
常见的生物预处理方法有酶解法和微生物法，这类方法是利用分解木质素的微生物分泌的纤维素酶达到除去木质素以解除其对纤维素的包裹作用，提高秸秆产物生成量
。
生物预处理的反应条件温和，能耗少，设备简单，但预处理周期长，后期的开发和应用有巨大潜力，需要进一步深入研究
。
化学预处理操作简单效果好，常见的化学预处理方法有酸处理法
、
碱处理法
、
湿式氧化法
、
离子液体法和有机溶剂法，这类方法是破坏细胞壁中半纤维素与木质素形成的共价键，破坏纤维素的结晶结构，打破木质素与纤维素的连接，将其中大分子物质溶解，从而达到提高秸秆水解为可发酵糖产量的目的
。
碱预处理是纤维素类生物质预处理过程中常用的预处理方法，使用碱试剂预处理秸秆能够起到的脱除秸秆中木质素和降低木质素与纤维素半纤维素结晶度的效果
。
虽然碱处理有助于破坏秸秆类纤维素生物质结构，促进还原糖的释放，但单独使用碱处理处理效率有限，在实际应用过程中可以辅助添加其他物质进一步提升预处理效率
。
[0005]近年来，随着经济
、
社会的迅速发展，城镇化水平逐渐提高，生活污水排放量与日
俱增
。
生活污水分可为灰水和黑水两种，其中黑水指的是粪便
、
尿液
﹑
厕所冲洗水等废水，这类废水含有大量的有机和无机污染物，同时含有较多的病原体微生物，处理相对困难复杂
。
黑水的含量大约占生活污水量的
30
％左右，而生活污水中
75
～
85
％的氮
、50
～
57
％的磷来源于黑水
。
目前对黑水的研究多集中在以其为底物的研究上，在利用黑水进行纤维素类生物质预处理方向上，尚未见详细报道
。

技术实现思路

[0006]针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种廉价
、
可规模化应用的利用黑水联合碱预处理秸秆类纤维素农业废弃物进行厌氧发酵的方法
。
本专利技术方法解决了预处理过程中可操作性差
、
通用性低
、
预处理成本高等问题
。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：一种利用黑水联合碱处理农业纤维素废弃物进行厌氧发酵的方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：将农作物秸秆烘干后，进行粉碎，过筛处理，得秸秆粉
。
[0009]步骤2：将步骤1所得秸秆粉与碱
‑
黑水混合溶液混合，进行预处理，得预处理秸秆粉
。
[0010]步骤3：向厌氧发酵装置中加入步骤2所得预处理秸秆粉和黑水溶液，接种厌氧发酵菌，进行厌氧发酵
。
[0011]进一步的，步骤1中，所述农作物秸秆选自水稻秸秆
、
玉米秸秆和
/
或小麦秸秆
。
[0012]更进一步的，步骤1具体为，将秸秆置于
65℃
烘箱内烘干
24
～
48h
，粉碎后过
10
～
40
目筛
。
[0013]进一步的，步骤2中，所述碱
‑
黑水混合溶液中，所述碱为
NaOH。
[0014]更进一步的，步骤2中，所述碱
‑
黑水混合溶液中，
NaOH
的浓度为5～
15mg/mL。
[0015]更进一步的，步骤2中，按秸秆粉与碱
‑
黑水混合溶液固液比
1:50
～
100
，将步骤1所得秸秆粉与碱
‑
黑水混合溶液混合
。
[0016]更进一步的，步骤2中，所述预处理是，利用机械搅拌装置以
300
～
500rpm
的速度搅拌处理1～
2h
，抽滤，蒸馏水洗涤至中性，烘干
。
[0017]进一步的，步骤3中，按预处理秸秆粉和黑水溶液固液比1～
5:50
，向厌氧发酵装置中加入步骤2所得预处理秸秆粉和黑水溶液
。
[0018]更进一步的，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用黑水联合碱处理农业纤维素废弃物进行厌氧发酵的方法，其特征在于，方法包括如下步骤：步骤1：将农作物秸秆烘干后，进行粉碎，过筛处理，得秸秆粉；步骤2：将步骤1所得秸秆粉与碱
‑
黑水混合溶液混合，进行预处理，得预处理秸秆粉；步骤3：向厌氧发酵装置中加入步骤2所得预处理秸秆粉和黑水溶液，接种厌氧发酵菌，进行厌氧发酵
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述农作物秸秆选自水稻秸秆
、
玉米秸秆和
/
或小麦秸秆
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1具体为，将秸秆置于
65℃
烘箱内烘干
24
～
48h
，粉碎后过
10
～
40
目筛
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述碱
‑
黑水混合溶液中，所述碱为
NaOH。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述碱
‑
黑水混合溶液中，
NaOH
的浓度为5～
15m...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐男，魏子曦，王俭，赵一诺，许颖，闫学瀛，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：