[发明专利]一种玉米秸秆微生物好氧厌氧串联预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种玉米秸秆预处理方法，具体是通过对玉米秸秆清选、切碎、调整湿度、密封处理等，利用秸秆自身携带的氧气和菌群进行微生物好氧和厌氧串联预处理，实现玉米秸秆有效贮存和高效厌氧消化产气的预处理方法，属废弃物资源化利用领域。

背景技术

秸秆厌氧消化技术可以达到能源回收、物质循环、环境保护和促进农民增收等多重效果，是我国农作物秸秆的重要利用方式之一，逐渐受到我国政府的重视和支持。玉米秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，占秸秆总量的80％。纤维素、半纤维素易被厌氧微生物分解利用，而木质素填充于纤维素骨架中较难降解，并且木质素在细胞壁中与纤维素及半纤维素相互交联，使得纤维素及其它可发酵物质难以被厌氧微生物或酶降解利用，直接进行厌氧消化，会出现启动慢、效率低、秸秆转化利用率低等问题。大量研究结果表明，秸秆预处理技术可破坏木质素、纤维素、半纤维素和木质素之间连接，并对其进行一定程度的预降解，有效提高秸秆厌氧消化性能，因此，有效的预处理方式是实现秸秆规模化能源转化的前提和关键。

常见的秸秆预处理方法包括物理法、化学法、生物法等。物理方法有机械粉碎、超声波处理、膨化处理、微波处理、蒸汽爆破等，其目的主要是增加厌氧微生物与基质的接触面积，或通过破坏细胞壁结构使处理后的秸秆更易于消化，物理方法操作简单，处理时间短，但能耗大。化学方法主要有氨化、碱化、酸化等，可改变秸秆的化学组成、结构和物理性质，处理后秸秆厌氧消化效率高，但操作复杂，容易形成二次污染。生物方法是利用具有强木质纤维素分解能力的微生物对秸秆进行生物降解，破坏纤维素-木质素-半纤维素之间的连接，具有处理条件温和、没有环境污染、处理效果好等优点，但微生物菌群的培养和菌剂的制备过程复杂，对环境要求高。以上方法都存在处理成本高，不易于工程推广应用等问题。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供了一种玉米秸秆微生物好氧和厌氧串联预处理方法。

本发明所述的微生物好氧厌氧串联预处理方法，是在玉米秸秆收获季节，将新鲜的玉米秸秆清选、切碎、调整湿度后，装填入密闭的专用设施中压实，并用塑料薄膜封盖处理30天左右，处理前期依靠存留在秸秆中的氧气好氧升温，待环境中氧气耗尽后，依靠厌氧酸化微生物对秸秆进行厌氧酸化，从而实现玉米秸秆的好氧厌氧联合预处理。

本发明所述的玉米秸秆，是指新鲜收获的秸秆，含水率较高的青秸秆和含水率较低的干秸秆皆可。要用机械切碎，长度不超过3厘米，并根据原料的干湿情况调整含水率至60-70％。

本发明所述的专用设施，底部和四周可用砖、混凝土砌成，也可用塑料薄膜铺面，需保证不漏水、不漏气。

本发明所述的预处理方法，需将秸秆逐层装填入专用设施中，每填30厘米，用人踩、机械辗压等方法压实，填至高出地面2-3米时，用整块塑料薄膜封盖，然后压一层厚20-30厘米的泥土夯实，防止空气和雨水进入，密封处理30天左右。

本发明所述的预处理方法，可根据处理后秸秆的气味、质地评判预处理效果，带有浓郁酸味且质地松散柔软的秸秆最适合作为沼气工程的原料。

本发明的有益效果是：玉米秸秆收获后直接粉碎、密封装填，可解决沼气工程原料贮存过程中防火、防雨、防霉烂以及直接贮存占地面积大、安全隐患高的问题；依靠玉米秸秆自身携带的空气和菌群，在密封设施中自发地进行微生物好氧和厌氧串联预处理，可解决预处理过程中成本高、操作复杂的问题；经过本发明所述方法处理后的玉米秸秆，比未处理秸秆的厌氧消化产气速率提高20％，产气量提高15％。

具体实施方式

本发明所述的微生物好氧厌氧串联预处理方法的具体操作方法如下：

(1)秸秆粉碎。玉米秸秆收获后，剔除腐烂变质和带有泥沙的秸秆，剩余秸秆运送至秸秆沼气工程粉碎间，用粉碎机等机械切碎，长度不超过3厘米，尽量做到随收随运，随运随切，不能晾晒或堆放过久；

(2)秸秆调整。根据工序(1)所得原料的干物质浓度，高时添加适量水分，低时晾晒或加入木屑、麸皮等干料，调整湿度使其保持在60-70％；

(3)秸秆装填。经过工序(2)后的秸秆尽快装填入底部和四周用砖、混凝土砌成的密封的专用设施中，或全部用塑料薄膜铺面，防止渗水和漏气。装填过程中要随时摊开，逐层填满，每填30厘米，用人踩、机械辗压等方法压实，特别注意将四角压实，防止处理过程中塌陷。秸秆填至高出地面2-3米时，用整块塑料薄膜封盖，然后压一层厚20-30厘米的泥土夯实，防止空气和雨水进入；

(4)秸秆好氧厌氧串联预处理。秸秆堆放贮存30天左右。贮存初期，秸秆依靠自身携带的氧气和好氧微生物进行好氧升温处理，氧气消耗完毕后，秸秆在无氧条件下利用厌氧微生物进行厌氧发酵预处理，待原料具有酸味且质地松散柔软后，即可取用作为沼气工程原料。