公布日：2023.10.17
申請日：2023.09.06
分類號(hào)：C12P5/02(2006.01)I
摘要
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，包括以下步驟：將玉米秸稈粉碎，進(jìn)行堿預(yù)處理；將堿預(yù)處理后的玉米秸稈加入?yún)捬醴磻?yīng)器中，加入接種污泥，之后調(diào)節(jié)pH值，啟動(dòng)中溫厭氧發(fā)酵；在中溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)2天后，添加亞鐵鹽溶液；中溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)7天后，再次添加亞鐵鹽溶液；監(jiān)測厭氧反應(yīng)器中揮發(fā)性脂肪酸濃度，當(dāng)揮發(fā)性脂肪酸濃度超過3000mg/L，添加鈷鹽溶液和鎳鹽溶液，控制揮發(fā)性脂肪酸濃度低于1500mg/L。本發(fā)明通過采用秸稈預(yù)處理協(xié)同有機(jī)酸快速轉(zhuǎn)化產(chǎn)甲烷，避免秸稈發(fā)酵過程產(chǎn)生有機(jī)酸累積，對提升秸稈沼氣工程產(chǎn)氣效率和運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要推廣意義。
權(quán)利要求書
1.一種強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.將玉米秸稈粉碎，進(jìn)行堿預(yù)處理，堿預(yù)處理采用的堿為NaOH或KOH；S2.將步驟S1堿預(yù)處理后的玉米秸稈加入?yún)捬醴磻?yīng)器中，加入接種污泥，之后調(diào)節(jié)pH值，形成發(fā)酵液，啟動(dòng)中溫厭氧發(fā)酵；S3.在中溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)2天后，添加亞鐵鹽溶液至發(fā)酵液中Fe2+的濃度為50-100mg/L；中溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)7天后，再次添加亞鐵鹽溶液，添加至發(fā)酵液中Fe2+的濃度為100-500mg/L；S4.監(jiān)測厭氧反應(yīng)器中揮發(fā)性脂肪酸濃度，當(dāng)揮發(fā)性脂肪酸濃度超過3000mg/L，添加鈷鹽溶液和鎳鹽溶液，控制揮發(fā)性脂肪酸濃度低于1500mg/L，鈷鹽溶液中Co2+的濃度為1.0mmol/L，鎳鹽溶液中Ni2+的濃度為1.12mmol/L；鈷鹽溶液、鎳鹽溶液添加量與步驟S2發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā)酵液的體積比為（1-3）：（1-3）：100。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，所述玉米秸稈是干黃、黃貯、青貯秸稈中的任意一種，其中干黃玉米秸稈的有機(jī)干物質(zhì)含量為70%-90%，碳氮比為60：1-110：1；青貯玉米秸稈的有機(jī)干物質(zhì)含量為25%-40%，碳氮比為40：1-60：1；黃貯玉米秸稈的有機(jī)干物質(zhì)含量為15%-45%，碳氮比為30：1-50：1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，所述步驟S1中堿添加量為所述玉米秸稈干重的3%-8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，所述堿預(yù)處理的溫度為常溫或中溫，時(shí)間為4-7天。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，所述步驟S2中接種污泥取自運(yùn)行穩(wěn)定的沼氣工程，接種污泥中有機(jī)干物質(zhì)總質(zhì)量與步驟S1中玉米秸稈中有機(jī)干物質(zhì)總質(zhì)量的質(zhì)量比為1-2：1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，所述步驟S2調(diào)節(jié)pH值至6.5-8.0，啟動(dòng)中溫厭氧發(fā)酵的發(fā)酵溫度為37-40℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，所述步驟S3中亞鐵鹽溶液采用FeCl2·4H2O的水溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，所述步驟S4中鈷鹽溶液采用CoCl2·6H2O或CoSO4·7H2O的水溶液中的一種，鎳鹽溶液采用NiCl2·6H2O的水溶液。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，該方法通過采用秸稈預(yù)處理協(xié)同有機(jī)酸快速轉(zhuǎn)化產(chǎn)甲烷，避免秸稈發(fā)酵過程產(chǎn)生有機(jī)酸累積，解決了上述問題。
本發(fā)明提供的一種強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，包括以下步驟：
S1.將玉米秸稈粉碎，粉碎至粒徑≤3cm，進(jìn)行堿預(yù)處理；
S2.將步驟S1堿預(yù)處理后的玉米秸稈加入?yún)捬醴磻?yīng)器中，加入接種污泥，之后調(diào)節(jié)pH值，形成發(fā)酵液，啟動(dòng)中溫厭氧發(fā)酵；本步驟中調(diào)節(jié)pH值至接近中性，該pH值為后續(xù)中溫厭氧發(fā)酵的初始pH值，
S3.在中溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)2天后，添加亞鐵鹽溶液；中溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)7天后，再次添加亞鐵鹽溶液；
S4.監(jiān)測厭氧反應(yīng)器中揮發(fā)性脂肪酸濃度，當(dāng)揮發(fā)性脂肪酸濃度超過3000mg/L，添加鈷鹽溶液和鎳鹽溶液，控制揮發(fā)性脂肪酸濃度低于1500mg/L。
采用上述步驟添加鐵、鈷、鎳元素，能夠有效避免在堿性條件下形成沉淀，防止失去其生物有效性和應(yīng)有的作用，有效的保證了提升產(chǎn)甲烷活性的效果。
優(yōu)選地，所述玉米秸稈是干黃、黃貯、青貯秸稈中的任意一種，其中干黃玉米秸稈的有機(jī)干物質(zhì)含量為70%-90%，碳氮比為60：1-110：1；青貯玉米秸稈的有機(jī)干物質(zhì)含量為25%-40%，碳氮比為40：1-60：1；黃貯玉米秸稈的有機(jī)干物質(zhì)含量為15%-45%，碳氮比為30：1-50：1。
優(yōu)選地，所述步驟S1中堿預(yù)處理采用的堿為NaOH或KOH，堿添加量為所述玉米秸稈干重的3%-8%。
優(yōu)選地，所述堿預(yù)處理的溫度為常溫（10-25℃）或中溫（35-40℃），時(shí)間為4-7天。
優(yōu)選地，所述步驟S2中接種污泥取自運(yùn)行穩(wěn)定的沼氣工程，可取自運(yùn)行穩(wěn)定的厭氧消化反應(yīng)器，接種污泥中有機(jī)干物質(zhì)總質(zhì)量與步驟S1中玉米秸稈中有機(jī)干物質(zhì)總質(zhì)量的質(zhì)量比為1-2：1，即VS污泥：VS秸稈=1-2：1。
優(yōu)選地，所述步驟S2調(diào)節(jié)pH值至6.5-8.0，啟動(dòng)中溫厭氧發(fā)酵的發(fā)酵溫度為37-40℃。
優(yōu)選地，所述步驟S3中在中溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)2天后，添加亞鐵鹽溶液至發(fā)酵液中Fe2+的濃度為50-100mg/L；中溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)7天后，再次添加亞鐵鹽溶液，添加至發(fā)酵液中Fe2+的濃度為100-500mg/L。
優(yōu)選地，所述步驟S3中亞鐵鹽溶液采用FeCl2·4H2O的水溶液。
優(yōu)選地，所述步驟S4中鈷鹽溶液中Co2+的濃度為1.0mmol/L，鎳鹽溶液中Ni2+的濃度為1.12mmol/L；鈷鹽溶液、鎳鹽溶液添加量與步驟S2發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā)酵液的體積比為（1-3）：（1-3）：100。
優(yōu)選地，所述步驟S4中鈷鹽溶液采用CoCl2·6H2O或CoSO4·7H2O的水溶液中的一種，鎳鹽溶液采用NiCl2·6H2O的水溶液。
有益效果：
本發(fā)明提供了一種強(qiáng)化秸稈厭氧水解產(chǎn)甲烷的方法，該方法通過采用秸稈預(yù)處理協(xié)同有機(jī)酸快速轉(zhuǎn)化產(chǎn)甲烷，避免秸稈發(fā)酵過程產(chǎn)生有機(jī)酸累積；其中采用堿預(yù)處理提高了秸稈木質(zhì)纖維素的水解效率，之后在發(fā)酵過程中添加鐵元素，強(qiáng)化了有機(jī)酸的甲烷化過程，提高了厭氧消化產(chǎn)甲烷的速率，基于發(fā)酵系統(tǒng)中揮發(fā)性脂肪酸濃度，添加相應(yīng)含量的鈷鹽溶液和鎳鹽溶液，在保障秸稈高效水解的同時(shí)，避免了有機(jī)酸的累積，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了采用秸稈高效產(chǎn)甲烷。
本發(fā)明提供的方法對提升秸稈沼氣工程產(chǎn)氣效率和運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要推廣意義和應(yīng)用前景。
（發(fā)明人：張萬欽;馬宗虎;劉鐘毓;陳冠英;李劍;陳祎;沈明忠;劉磊;張廷軍）
