[发明专利]常温固态催化氨化预处理提高麦秸厌氧产气量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高秸秆厌氧消化生物气产量的一种预处理方法，尤其涉及一种常温固态AQ催化氨化预处理提高麦秸厌氧消化生物气的方法。

背景技术

我国是世界上最大的农业国家，每年产生秸秆重量达7亿多吨，其中麦秸产生量为1.4亿吨左右，占总量的19.7％。除了较少部分作造纸以及其他原料外，大量秸秆被露天焚烧或者用于还田，严重影响环境质量以及交通运输安全，同时也造成了资源的浪费。

厌氧消化技术可以把秸秆转化为清洁能源，是实现资源能源化利用的一条有效途径。由于秸秆的木质纤维素含量较高，厌氧微生物对其降解能力有限，导致常规厌氧消化过程历时长，消化效率低，产气量少，投入产出效益差等，从而限制了秸秆用于生物气的大规模应用与发展。通过对麦秸进行预处理，可以提高其厌氧消化性能。

目前的预处理方法有物理、化学和生物法。常用的化学预处理法有酸化、碱化、氨化和氧化等。专利ZL03126286.4公开了秸秆生化饲料的生产方法，在温度50℃～260℃、压力为1～20个大气压下，利用3～5％的氨进行化学处理，然后蒸煮20～60分钟，之后降温，在发酵池内20℃～30℃下发酵15～20天，检查其饲料化的效果。预处理流程复杂，预处理在高温高压下进行，操作难度大，运行成本高，不易推广。

文献：马淑勍等.氨化预处理对稻草厌氧消化产气性能影响，农业工程学报，2011，27(6)：294-299.中采用NH₃·H₂O为预处理药剂，对麦秸进行中温(30℃)氨化预处理7天，再室温晾氨2～3天后用于厌氧消化？天；其氨化时间和晒氨时间合计为9～10天。该方法与未经氨化预处理的方法相比累计产气量提高了8～38％，其不足之处是氨化预处理时间较长。

为了更大限度地提高秸秆厌氧消化产气量，避免额外另加N源，更好的利用预处理药剂自身来调节厌氧消化过程中的C/N比，本发明采用常温固态蒽醌(Anthraquinone，AQ)催化-氨化预处理方法来提高秸秆厌氧消化产气量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种提高秸秆厌氧消化产气量的方法。

本发明的具体制备方法如下：

A.将含氨溶液、催化剂和水均匀混合后喷洒在切碎的秸秆上，密封，在10～28℃下密封保存，在此期间每天测定密封袋中物料的pH，当pH值变化趋于稳定不再有明显变化时视为预处理完成，本方法的预处理时间为4天；

所述的秸秆为麦秸、玉米秸和稻草等农作物秸秆；经粉碎至≤2cm；经自然风干且没有发霉。

所述含氨溶液是NH₃·H₂O和NH₄HCO₃，其添加量以NH₃和秸秆所含C/N为20～30∶1；

当以麦秸为原料时，其中NH₃·H₂O的添加量为麦秸干重的2～4％，NH₄HCO₃的添加量为麦秸干重的9～18％；

所述的催化剂为蒽醌(化学式：C₁₄H₈O₂)，其用量为秸秆干重的0.05～0.1％；

所添加的水量应使秸秆总的含水量(包括秸秆本身含水、氨水中的水和额外添加的水)占秸秆干重的2.5～5.5倍；较佳的是3-4倍。

通常秸秆吸收其干重6倍的水时方为饱和，而本发明添加的水量没有全部浸湿秸秆，为半干状态，因此称为固态催化-氨化预处理；

B.将步骤A预处理后的秸秆与接种物一起加入厌氧发酵反应器中，再加入自来水至反应器总容积的80～90％形成厌氧反应液，封盖，使反应器内的物料保持在中30～35℃温度下进行厌氧反应，厌氧反应时间根据累积产气量占总产气量的80-90％而确定，本方法的厌氧反应时间为25～35天。

厌氧反应液中秸秆的质量浓度为5～10％，接种物质量浓度为15～30％。

所述的接种物为含有甲烷菌的厌氧消化液，如沼气池的厌氧消化液或污水处理厂的厌氧污泥等。

测定预处理前后和厌氧前后进出料的总固体含量TS和总挥发性固体VS，以及pH值等参数，用于评价蒽醌(AQ)催化-氨化预处理效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：