[发明专利]低温水冷冻预处理玉米秸秆提高厌氧消化产气性能的方法

说明书

低温水冷冻预处理玉米秸秆提高厌氧消化产气性能的方法属于玉米秸秆高效资源化利用技术领域。自来水作为预处理试剂对玉米秸秆进行预处理，自来水添加量是玉米秸秆干重的1‑10倍，搅拌后，封口膜封口；在‑20℃‑20℃条件下密封保存3天，进行预处理；预处理后厌氧发酵，厌氧发酵过程需要活性污泥，活性污泥添加量相对于52g TS玉米秸秆为12g TS；加入活性污泥后，再加入自来水至反应装置总体积的80％，充入氮气，然后用橡胶塞密封，并将反应器固定在摇床中，摇床温度恒定在35±2℃之间，摇动。经过低温水预处理后总产气体积提高了27％‑60％，总产甲烷体积提高了70％‑110％；厌氧消化后剩余的沼渣不会产生二次污染，是农作物生长的优质肥料；成本低，操作简单；操作条件温和。

技术领域

本发明属于玉米秸秆高效资源化利用技术领域，是一种低温水冷冻预处理的玉米秸秆厌氧消化工艺。

背景技术

玉米秸秆属于纤维素类生物质，含有丰富的营养和易利用的化学成分，是丰富的可再生有机物质，但是其中大部分被丢弃或露天焚烧，造成资源浪费、环境污染、妨碍正常交通等严重问题。

玉米秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大成份组成，而利用厌氧消化技术处理利用玉米秸秆，产生高效、清洁的高品质生物质能源——生物气，是玉米秸秆资源化利用的有效途径。但是半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间，将纤维素分子包埋在其中，形成一种天然屏障，使酶不易与纤维素分子接触，导致木质纤维素原料难以被微生物降解，限制了玉米秸秆用于生物气生产方面的大规模应用。

对玉米秸秆进行预处理方法是玉米秸秆转化利用关键环节之一。通过预处理可以降低纤维素结晶度，增加纤维素的可及表面积，破坏纤维素―木质素―半纤维素之间的连接，从而改善玉米秸秆的厌氧消化性能，有效提高玉米秸秆的可生物降解性能和产气量。

预处理玉米秸秆的方法主要有生物法、物理法和化学法等。物理法操作简单，但能耗较大，成本较高。生物法无污染，条件温和，可是处理周期长，效率低。化学法处理效率高，操作简单以及成本低等优点，能够广泛应用在大型厌氧发酵工程中，但是化学预处理法腐蚀性较强，容易腐蚀设备和污染环境。目前，为了达到较好的预处理效果，主要是将这些方法联合使用预处理玉米秸秆，如专利CN201010182173.1公开了一种木质纤维素原料的生物-化学联合预处理方法，专利CN201310645094.3公布了一种物理-化学联合使用预处理纤维素生物质原料的方法，专利CN201310027025.6公开了一种在常温条件下化学-化学联合预处理纤维素类生物质。而这些专利均需要添加化学物质，易引起环境污染，且有的预处理方法还需要在高温、高压条件下进行预处理。

发明内容

为解决可以在低污染、温和的操作条件下，高效预处理玉米秸秆的技术难题，意在提供一种能够有效提高玉米秸秆的产气性能，为玉米秸秆的充分利用开辟新途径。本发明采用低温冷冻预处理技术，利用水作为预处理试剂，对玉米秸秆进行预处理，以总甲烷产量为产气性能指标，确定最佳水添加量和预处理时间。本发明操作条件温和，对反应器的抗压和抗腐蚀性要求不高，成本低，操作简单，效率高，无污染，可以改善玉米秸秆的生物降解性，显著提高厌氧消化沼气产量的效果，同时有效降低预处理过程对环境的影响。

低温水冷冻预处理玉米秸秆提高厌氧消化产气性能的方法，其特征在于：

选用经过自然风干且没有霉变的玉米秸秆，用粉碎机粉碎至20目以下，利用自来水作为预处理试剂对玉米秸秆进行预处理，自来水添加量是玉米秸秆干重的1-6倍，搅拌后，封口膜封口；在-20℃-4℃条件下密封保存3天，进行预处理；预处理后厌氧发酵，厌氧发酵过程需要活性污泥，活性污泥添加量相对于52g TS玉米秸秆为12g TS；加入活性污泥后，再加入自来水至反应装置总体积的80％，充入氮气，然后用橡胶塞密封，并将反应器固定在摇床中，摇床温度恒定在35±2℃之间，摇动。

更具体的：

1)预处理试剂。本发明所用预处理试剂为自来水。