公布日：2023.10.17
申請日：2023.09.06
分類號：C12P5/02(2006.01)I
摘要
本發明涉及農業廢棄物資源化利用技術領域，尤其是涉及一種強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，包括以下步驟：將玉米秸稈粉碎，進行堿預處理；將堿預處理后的玉米秸稈加入厭氧反應器中，加入接種污泥，之后調節pH值，啟動中溫厭氧發酵；在中溫厭氧發酵啟動2天后，添加亞鐵鹽溶液；中溫厭氧發酵啟動7天后，再次添加亞鐵鹽溶液；監測厭氧反應器中揮發性脂肪酸濃度，當揮發性脂肪酸濃度超過3000mg/L，添加鈷鹽溶液和鎳鹽溶液，控制揮發性脂肪酸濃度低于1500mg/L。本發明通過采用秸稈預處理協同有機酸快速轉化產甲烷，避免秸稈發酵過程產生有機酸累積，對提升秸稈沼氣工程產氣效率和運行穩定性具有重要推廣意義。
權利要求書
1.一種強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.將玉米秸稈粉碎，進行堿預處理，堿預處理采用的堿為NaOH或KOH；S2.將步驟S1堿預處理后的玉米秸稈加入厭氧反應器中，加入接種污泥，之后調節pH值，形成發酵液，啟動中溫厭氧發酵；S3.在中溫厭氧發酵啟動2天后，添加亞鐵鹽溶液至發酵液中Fe2+的濃度為50-100mg/L；中溫厭氧發酵啟動7天后，再次添加亞鐵鹽溶液，添加至發酵液中Fe2+的濃度為100-500mg/L；S4.監測厭氧反應器中揮發性脂肪酸濃度，當揮發性脂肪酸濃度超過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發酵系統中發酵液的體積比為（1-3）：（1-3）：100。
2.根據權利要求1所述的強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，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干物質含量為70%-90%，碳氮比為60：1-110：1；青貯玉米秸稈的有機干物質含量為25%-40%，碳氮比為40：1-60：1；黃貯玉米秸稈的有機干物質含量為15%-45%，碳氮比為30：1-50：1。
3.根據權利要求1所述的強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，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.根據權利要求1所述的強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，其特征在于，所述堿預處理的溫度為常溫或中溫，時間為4-7天。
5.根據權利要求1所述的強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，其特征在于，所述步驟S2中接種污泥取自運行穩定的沼氣工程，接種污泥中有機干物質總質量與步驟S1中玉米秸稈中有機干物質總質量的質量比為1-2：1。
6.根據權利要求1所述的強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，其特征在于，所述步驟S2調節pH值至6.5-8.0，啟動中溫厭氧發酵的發酵溫度為37-40℃。
7.根據權利要求1所述的強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，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.根據權利要求1所述的強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，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。
發明內容
本發明的目的在于提供一種強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，該方法通過采用秸稈預處理協同有機酸快速轉化產甲烷，避免秸稈發酵過程產生有機酸累積，解決了上述問題。
本發明提供的一種強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，包括以下步驟：
S1.將玉米秸稈粉碎，粉碎至粒徑≤3cm，進行堿預處理；
S2.將步驟S1堿預處理后的玉米秸稈加入厭氧反應器中，加入接種污泥，之后調節pH值，形成發酵液，啟動中溫厭氧發酵；本步驟中調節pH值至接近中性，該pH值為后續中溫厭氧發酵的初始pH值，
S3.在中溫厭氧發酵啟動2天后，添加亞鐵鹽溶液；中溫厭氧發酵啟動7天后，再次添加亞鐵鹽溶液；
S4.監測厭氧反應器中揮發性脂肪酸濃度，當揮發性脂肪酸濃度超過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有的作用，有效的保證了提升產甲烷活性的效果。
優選地，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干物質含量為70%-90%，碳氮比為60：1-110：1；青貯玉米秸稈的有機干物質含量為25%-40%，碳氮比為40：1-60：1；黃貯玉米秸稈的有機干物質含量為15%-45%，碳氮比為30：1-50：1。
優選地，所述步驟S1中堿預處理采用的堿為NaOH或KOH，堿添加量為所述玉米秸稈干重的3%-8%。
優選地，所述堿預處理的溫度為常溫（10-25℃）或中溫（35-40℃），時間為4-7天。
優選地，所述步驟S2中接種污泥取自運行穩定的沼氣工程，可取自運行穩定的厭氧消化反應器，接種污泥中有機干物質總質量與步驟S1中玉米秸稈中有機干物質總質量的質量比為1-2：1，即VS污泥：VS秸稈=1-2：1。
優選地，所述步驟S2調節pH值至6.5-8.0，啟動中溫厭氧發酵的發酵溫度為37-40℃。
優選地，所述步驟S3中在中溫厭氧發酵啟動2天后，添加亞鐵鹽溶液至發酵液中Fe2+的濃度為50-100mg/L；中溫厭氧發酵啟動7天后，再次添加亞鐵鹽溶液，添加至發酵液中Fe2+的濃度為100-500mg/L。
優選地，所述步驟S3中亞鐵鹽溶液采用FeCl2·4H2O的水溶液。
優選地，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發酵系統中發酵液的體積比為（1-3）：（1-3）：100。
優選地，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：
本發明提供了一種強化秸稈厭氧水解產甲烷的方法，該方法通過采用秸稈預處理協同有機酸快速轉化產甲烷，避免秸稈發酵過程產生有機酸累積；其中采用堿預處理提高了秸稈木質纖維素的水解效率，之后在發酵過程中添加鐵元素，強化了有機酸的甲烷化過程，提高了厭氧消化產甲烷的速率，基于發酵系統中揮發性脂肪酸濃度，添加相應含量的鈷鹽溶液和鎳鹽溶液，在保障秸稈高效水解的同時，避免了有機酸的累積，進一步實現了采用秸稈高效產甲烷。
本發明提供的方法對提升秸稈沼氣工程產氣效率和運行穩定性具有重要推廣意義和應用前景。
（發明人：張萬欽;馬宗虎;劉鐘毓;陳冠英;李劍;陳祎;沈明忠;劉磊;張廷軍）
