專利名稱:一種氨-生物聯合處理小麥秸稈發酵產沼氣的方法
技術領域：
本發明涉及的是一種農業生產技術領域：
的方法，具體是一種氨-生物聯合處理小麥稻桿制取沼氣的方法。
背景技術：
小麥作為我國北方主要的農作物之一，小麥秸桿資源量占秸桿總資源量的 18.31%。我國秸桿利用率只占發達國家利用率的35%左右。由于沒有得到很好的利用，近年來各地大面積焚燒秸桿的現象時常發生，秸桿燃燒熱值低，不僅造成資源浪費，而且污染環境，毀壞樹木和耕地。因此，尋求一種可利用秸桿進行循環利用的方式已經成為我國迫切需要解決的問題。
對秸桿進行預處理，打破秸桿中纖維素、半纖維素和木質素形成的晶體結構，使微生物能有效的、快速的運用底物進行發酵代謝是秸桿厭氧發酵一項關鍵的技術。通常來講， 秸桿預處理的方法有三種物理法，生物法和化學法。小麥秸桿是一個木質纖維素的復合結構，經過測定，秸桿中通常含有33%的纖維素，35%的半纖維素，18 %的木質素以及14%的灰分。小麥秸桿中含有O. 4%的N元素。秸桿中的C N約為75 I。木質纖維素結構， 比如說秸桿，是很難進行生物降解的。對秸桿進行預處理，比如說機械處理，熱處理，化學強酸強堿處理以增強秸桿的降解能力是很有必要的。對秸桿預處理是提高秸桿利用率和產氣率的一種有效手段，成為目前秸桿沼氣利用研究的重要內容。秸桿預處理研究體現在營養調節和質地改善兩個方面。營養調節通常是調整碳氮比，主要的方法是將碳氮含量不同的發酵原料混和發酵，例如畜禽糞便；或添加一些化學試劑，如尿素或碳酸氫銨，從而調節營養比例以適合產甲烷微生物的生長。質地的改善主要有物理、化學和生物方法,這些方法都是通過改變或改善秸桿的結構和質地來提高秸桿原料的利用率。
專利公開號為102154374A的中國發明專利，名稱為酸預處理水稻秸桿制取沼氣的方法(申請號201010618326.2申請日2010-12-30)，該專利提供了一種農業生產技術領域：
的酸預處理水稻秸桿制取沼氣的方法，通過將水稻秸桿經酸預處理后進行完全混合式厭氧發酵以制取沼氣。但是，經過酸化后的秸桿應用到厭氧發酵的過程中，容易產生糠醛等抑制物，抑制厭氧發酵的進行。此外，酸預處理的成本過高，厭氧發酵周期過長，不適合實際工程的利用。
中國專利申請號為201110344086. 6,該專利公開了一種利用氨預處理小麥稻桿發酵產沼氣的方法，提高了效率，本發明在該專利技術的基礎上，結合生物預處理進一步提高發酵效率。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，解決了小麥秸桿發酵中效率低的問題，縮短了發酵周期。
本發明是通過以下的技術方案實現的，本發明通過將小麥秸桿依次進行氨預處理、生物預處理后進行完全混合式厭氧發酵來產沼氣。
所述的小麥秸桿是指經洗凈并在自然晾干后切成2 3cm長的小段的小麥秸桿。
所述的氨預處理是指采用濃度為35 50g/L的尿素溶液，按照小麥秸桿的質量與尿素溶液的體積比例為50g 200ml混合，并密封置于30°C的溫度下處理。
所述的生物預處理是指采用黃孢原毛平革菌和里氏木霉，按照兩種菌的孢子數為IX IO6個I X IO6個 I X IO9個I X IO9個，預處理的pH值為4 5，并密封置于27°C 的溫度下處理。
所述氨預處理密封置于30°C的溫度下處理時間為25天。
所述生物預處理密封置于27°C的溫度下處理時間為6天。
所述的完全混合式厭氧發酵是指將氨處理過后的小麥秸桿置于發酵罐中，然后調節碳氮比為20 I 30 1，發酵罐中加入質量為總發酵液質量30%的接種物，調節初始PH值至6. 8 7. 4，最后置于恒溫水浴中厭氧發酵。
所述的調節碳氮比是指采用碳酸氫銨進行調節。
所述調節初始pH值至6. 8 7. 4是指用5mol/L的HCL調節初始pH值至6. 8 7. 4。
所述的恒溫水浴是指在38°C環境下恒溫攪拌，攪拌速度為100轉/分鐘。
所述厭氧發酵時間為22天。
所述接種物為活性污泥，取自正常發酵的沼氣系統的發酵殘余物。
本發明提高了小麥秸桿資源化、能源化和無害化的效率，將構成環境污染的小麥秸桿轉化成一種優質可觀的清潔能源，處理小麥秸桿操作簡單，并且費用低廉，需要的條件溫和，與直接利用小麥秸桿進行沼氣發酵相比，提高了總產氣量、甲烷含量和縮短了發酵周期，產氣更加穩定，解決了小麥秸桿發酵效率低的問題。通過試驗驗證得出采用氨-生物聯合處理的小麥秸桿在進行厭氧發酵過程中，pH始終維持在7 8之間，對發酵液的酸化有很好的調節作用。
具體實施方式
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
本實施例中所采用的發酵裝置由發酵瓶、集氣瓶、收集瓶、恒溫水浴振蕩器等部分組成，其發酵瓶為1000mL的三角瓶，瓶上用大小合適的硅膠塞塞上密封，在硅膠塞上鉆兩個空，一個分別接上兩根大小合適的玻璃管，一根與集氣瓶的導管連接，另一根作為取樣管。集氣瓶為1000mL的三角瓶，瓶中裝滿飽和食鹽水，瓶上用大小合適的硅膠塞塞上密封， 在娃膠塞上鉆兩個空，一個分別接上兩根大小合適的玻璃管，一長一短，長的伸入液面以下與后面的收集瓶相連，短管與前面的發酵瓶相連，收集瓶為1000mL普通玻璃瓶，連接管均用Φ8_的硅膠管，并用凡士林密封。當發酵瓶中產生沼氣后，氣體通過導管進入集氣瓶中，由于氣壓比集氣瓶大，故將液體壓出進入收集瓶，通過測量收集瓶中液體的體積，就得到產氣的體積。
本實施例具體實施步驟如下
(1)將原料小麥秸桿洗凈，并在自然條件下晾干，將其切成2 3cm的小段；[0024](2)取步驟(I)所得的原料50g加入到塑料桶中，加入濃度為35g/L的尿素溶液， 其中小麥秸桿的質量與尿素溶液的體積比例為50g 200mL。同時設置對照組(加入200mL 蒸餾水不加尿素溶液)，然后在塑料桶上鋪上保鮮膜，蓋上蓋子，放置于30°C的溫度下處理 25天;
(3)取步驟⑵所得的小麥秸桿，用5mol/L的HCL溶液調節pH值分別至3，4，5， 6，7。通過之前預試驗可知，黃孢原毛平革菌和里氏木霉在培養6天后可達到試驗需求，按照兩種菌的孢子數為I X IO6個I X IO6個 I X IO9個I X IO9個，經過菌種計數后，確定黃孢原毛平革菌和氏木霉的添加量，調配好后放置在塑料桶內，再添加5g葡萄糖，方便微生物的啟動，用塑料薄膜密封后放入27°C的恒溫箱內，放置6天，6天后將樣品組放入高溫滅菌鍋內，在121°C，20min的條件下進行滅菌。試驗重復2次。
(4)測得步驟(3)所得原料的TS，設置加入秸桿的質量使秸桿的TS為48g，投入到發酵裝置中，加入接種物240g和相應質量的蒸餾水，其中接種物的量占總發酵液質量的 30%，發酵料液總固體含量質量分數為6%，其中總發酵液的質量為800g ;本實施例中接種物為活性污泥，取自上海市崇明島前衛村以豬糞為發酵原料正常發酵的沼氣系統的發酵殘余物，其總固體含量質量分數為10. 47%，含水率質量分數為89. 53%。
(5)調節步驟⑷中原料的碳氮比分別為25 : I ;
(6)對步驟(5)的原料用5mol/L的HCL調節初始pH值至7. O ；
(7)密封發酵裝置，并將其置于恒溫水浴中厭氧發酵22天，溫度控制在38°C，并將發酵裝置與排水裝置連接，并進行連續攪拌，攪拌速度為100轉/分鐘；
(8)采用排水法測沼氣的體積，并每天用量筒測量氣體體積，每5天取一次氣樣檢測其甲烷的含量。
上述實施例效果為在總產氣時間為22天中，生物處理pH值為3，4，5，6四組發酵產氣總體積分別為6975mL、9448mL、9349mL、7634mL，對照組氣體總體積為6972mL，最高產氣量的試驗組較對照組提高了 35. 51%。甲烷含量也得到了大幅度提升，其中pH = 4的處理組為最高，最高甲烷含量為54. 64%，較對照組提高了 3. 62%。
應當指出的是，以上是本發明的優選實施例，本發明還有其他的實現方式，比如在本發明所述范圍內變化其中的工藝參數、物料的比例關系等，這對于本領域的技術人員來說是很容易實現的。
盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求
來限定。
權利要求
1.一種氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征在于，通過將小麥秸桿依次進行氨預處理、生物預處理后進行完全混合式厭氧發酵來產沼氣。
2.根據權利要求
I所述的氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征是，所述的小麥秸桿是指經洗凈并在自然晾干后切成2 3cm長的小段的小麥秸桿。
3.根據權利要求
I所述的氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征是，所述的氨預處理是指采用濃度為35 50g/L的尿素溶液，按照小麥秸桿的質量與尿素溶液的體積比例為50g 200mL混合，并密封置于30°C的溫度下處理；所述的生物預處理是指 采用黃孢原毛平革菌和里氏木霉，按照兩種菌的孢子數為I X IO6個I X IO6個 IXlO9 個I X IO9個，預處理的pH值為4 5，并密封置于27°C的溫度下處理。
4.根據權利要求
3所述的氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征是，氨預處理中所述密封置于30°C的溫度下處理時間為25天；生物預處理中所述密封置于27°C 的溫度下處理時間為6天。
5.根據權利要求
1-4任一項所述的氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征是，所述的完全混合式厭氧發酵是指將氨-生物聯合處理過后的小麥秸桿置于發酵罐中，然后調節碳氮比為20 I 30 I，發酵罐中加入質量為總發酵液質量30%的接種物，調節初始PH值至6. 8 7. 4，最后置于恒溫水浴中厭氧發酵。
6.根據權利要求
5所述的氨預處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征是，所述的調節碳氮比是指采用碳酸氫銨進行調節。
7.根據權利要求
5所述的氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征是，所述調節初始PH值至6. 8 7. 4是指用5mol/L的HCL調節初始pH值至6. 8 7. 4。
8.根據權利要求
5所述的氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征是，所述的恒溫水浴是指在38°C環境下恒溫攪拌，攪拌速度為100轉/分鐘。
9.根據權利要求
5所述的氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征是，所述厭氧發酵時間為22天。
10.根據權利要求
5所述的氨-生物聯合處理小麥秸桿發酵產沼氣的方法，其特征是， 所述接種物為活性污泥，取自正常發酵的沼氣系統的發酵殘余物。
專利摘要
本發明公開一種農業生產技術領域：
的氨-生物聯合處理小麥秸稈發酵產沼氣的方法，通過將小麥秸稈依次進行氨預處理、生物預處理后進行完全混合式厭氧發酵來產沼氣。本發明實現利用小麥秸稈高效穩定的制取沼氣。它的特點是發酵周期短，產氣穩定，產氣量大，產氣中甲烷含量高，解決了小麥秸稈廢棄物厭氧消化產氣困難的問題，為小麥秸稈資源化、能源化利用提供了切實可行的參考。
文檔編號C12P5/02GKCN102586335SQ201210054373
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日
發明者劉榮厚, 吳晉鍇 申請人:上海交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan