【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及秸秆厌氧发酵，具体而言，涉及一种秸秆预处理方法、秸秆厌氧发酵方法。
技术介绍
1、农作物秸秆是农业生产过程中数量最大的副产品，是一种永续性的资源，秸秆厌氧产甲烷，不仅可以减少秸秆对环境的污染，还能产清洁能源用于人们生产生活。由于秸秆中的木质纤维素具有复杂且顽抗的理化结构，降低了微生物对秸秆的可及性，严重阻碍了甲烷的生成。因此，在厌氧发酵前对秸秆进行有效的预处理尤为重要。
2、目前，各种秸秆预处理方法已被广泛运用，包括物理、化学和生物预处理及其组合。然而，上述方法在实际应用过程中存在一定的问题。如物理预处理存在能耗较高、对木质纤维素的处理效果不佳等问题；化学预处理在利用强酸强碱对秸秆进行处理后，往往需要大量清水洗涤，会导致秸秆中的水溶性组分大量流失，而且耗时长；生物预处理是利用微生物和酶对秸秆进行处理，处理过程中需要时刻关注环境条件，且预处理效率并不高；组合预处理往往还存在兼容性较差等问题。可见，现有的秸秆预处理方法无法同时具备较高的处理效率、木质纤维素的处理效果好、较低的水溶性组分流失等优点。另外，利用现有方法对秸秆进行预处理后，秸秆厌氧发酵无法同时具有较高的甲烷产量和较高的发酵效率。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是以下问题的至少一种：现有的秸秆预处理方法无法同时具备较高的处理效率、木质纤维素的处理效果好、较低的水溶性组分流失等优点；利用现有方法对秸秆进行预处理后，秸秆厌氧发无法同时具有较高的甲烷产量和较高的发酵效率。
2、为解决
3、一种秸秆预处理方法，包括：
4、步骤s1、将秸秆粉碎处理后过筛，得到秸秆颗粒；
5、步骤s2、将所述秸秆颗粒的含水率调节至70-90％，加入尿素并混合均匀，得到混合物料；其中，所述尿素的加入量为所述秸秆颗粒干重的1-4％；
6、步骤s3、将所述混合物料进行球磨处理，得到预处理秸秆。
7、与现有技术相比，本专利技术提供的秸秆预处理方法中，湿法球磨使秸秆的细胞结构破坏、颗粒尺寸减小、孔径结构变得复杂，使得秸秆上出现更多的反应位点，有利于提高后续厌氧发酵过程的发酵效率；同时，尿素能够将秸秆内的木质纤维素降解为还原糖，促进了厌氧发酵的水解和酸化过程，使秸秆厌氧发酵的甲烷产率和发酵效率得到提高，而湿法球磨能够使尿素与秸秆接触更加充分，不仅加速了秸秆内的木质纤维素的降解速度，而且能够提高木质纤维素转化为还原糖的转化率，从而生成更多的还原糖，在后续厌氧发酵过程中，还原糖作为微生物的营养物质，更多的还原糖能够供应更多的微生物繁殖，从而有利于秸秆厌氧发酵的甲烷产率和发酵效率的进一步提高。另外，秸秆中加入尿素后，厌氧发酵原料的c/n比下降，接近适宜的厌氧发酵条件，也有利于厌氧发酵的甲烷产率提高。由于尿素的碱性较弱，预处理后的秸秆不会出现ph的过大的情况，因而也无需用水进行洗涤处理，能够有效避免水溶性组分流失。另外，本专利技术提供的预处理方法中球磨与尿素降解作用相互促进，也有利于提高秸秆的预处理效率，秸秆预处理可以在30分钟内完成。综上，本专利技术提供的秸秆预处理方法同时具备高处理效率、木质纤维素的处理效果好、低水溶性组分流失和低污染等优点，且利用该方法对秸秆进行预处理后，秸秆厌氧发酵同时具有较高的甲烷产量和较高的发酵效率。
8、较佳地，所述步骤s3中，所述球磨处理的转速为300-500rpm，时间为30-120min。
9、较佳地，所述球磨处理的旋转模式为正反转循环模式，每隔5min进行转向切换。
10、较佳地，所述球磨处理在球磨罐中进行，所述球磨罐中加入有磨球，所述磨球的总体积与所述秸秆颗粒的总体积相等，所述磨球包括若干第一磨球和若干第二磨球，若干所述第一磨球的总质量与若干所述第二磨球的总质量相等，所述第一磨球和所述第二磨球的直径分别为2mm和5mm，所述秸秆颗粒的总体积与所述球磨罐的容积之比为1：3。较佳地，所述步骤s1中，所述秸秆颗粒的粒径为1.6-2mm。
11、本专利技术还提供了一种秸秆厌氧发酵方法，包括：
12、步骤m1、将预处理秸秆、厌氧消化污泥和水混合均匀，得到待发酵混合物料；其中，所述厌氧消化污泥中挥发性固体与所述预处理秸秆中挥发性固体的质量比为0.75-1.25；所述预处理秸秆根据如上所述的秸秆预处理方法制得；
13、步骤m2、将所述待发酵混合物料进行厌氧发酵。
14、较佳地，所述步骤m1中，所述厌氧消化污泥的制备方法包括：以农作物秸秆和牛粪为原料，在36℃下培养180天以上，得到所述厌氧消化污泥；所述农作物秸秆与所述牛粪的干重之比为1：1。
15、较佳地，所述步骤m1中，所述待发酵混合物料的ts浓度为4-8％。
16、较佳地，所述步骤m2中，所述厌氧发酵的温度为35-38℃，时间为25-35天。
17、较佳地，所述厌氧发酵在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度为80-120rpm。
18、本专利技术提供的秸秆厌氧发酵方法，通过将上述预处理秸秆、厌氧消化污泥和水混合后，进行厌氧发酵，由于预处理后的秸秆木质纤维素的处理效果好、水溶性组分流失少，有利于提高秸秆厌氧发酵的甲烷产量和发酵效率；另外，由于该秸秆厌氧发酵方法中采用了活性较高的厌氧发酵污泥，有利于提高秸秆厌氧发酵的发酵效率。综上，本专利技术提供的秸秆厌氧发酵方法同时具有较高的甲烷产量和较高的发酵效率。
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1.一种秸秆预处理方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的秸秆预处理方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述球磨处理的转速为300-500rpm，时间为30-120min。
3.根据权利要求2所述的秸秆预处理方法，其特征在于，所述球磨处理的旋转模式为正反转循环模式，每隔5min进行转向切换。
4.根据权利要求2所述的秸秆预处理方法，其特征在于，所述球磨处理在球磨罐中进行，所述球磨罐中加入有磨球，所述磨球的总体积与所述秸秆颗粒的总体积相等，所述磨球包括若干第一磨球和若干第二磨球，若干所述第一磨球的总质量与若干所述第二磨球的总质量相等，所述第一磨球和所述第二磨球的直径分别为2mm、5mm，所述秸秆颗粒的总体积与所述球磨罐的容积之比为1：3。
5.根据权利要求1所述的秸秆预处理方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述秸秆颗粒的粒径为1.6-2mm。
6.一种秸秆厌氧发酵方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的秸秆厌氧发酵方法，其特征在于，所述步骤M1中，所述厌氧消化污泥的制备方法包括：以农作物秸秆和
8.根据权利要求6所述的秸秆厌氧发酵方法，其特征在于，所述步骤M1中，所述待发酵混合物料的TS浓度为4-8％。
9.根据权利要求6所述的秸秆厌氧发酵方法，其特征在于，所述步骤M2中，所述厌氧发酵的温度为35-38℃，时间为25-35天。
10.根据权利要求6所述的秸秆厌氧发酵方法，其特征在于，所述厌氧发酵在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度为80-120rpm。
...【技术特征摘要】
1.一种秸秆预处理方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的秸秆预处理方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述球磨处理的转速为300-500rpm，时间为30-120min。
3.根据权利要求2所述的秸秆预处理方法，其特征在于，所述球磨处理的旋转模式为正反转循环模式，每隔5min进行转向切换。
4.根据权利要求2所述的秸秆预处理方法，其特征在于，所述球磨处理在球磨罐中进行，所述球磨罐中加入有磨球，所述磨球的总体积与所述秸秆颗粒的总体积相等，所述磨球包括若干第一磨球和若干第二磨球，若干所述第一磨球的总质量与若干所述第二磨球的总质量相等，所述第一磨球和所述第二磨球的直径分别为2mm、5mm，所述秸秆颗粒的总体积与所述球磨罐的容积之比为1：3。
5.根据权利要求1所述的秸秆预处理方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：瞿优培，孙勇，曲京博，罗立娜，张鸿琼，缪欣颖，秦楠，李江南，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：
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