本發(fā)明屬于秸稈厭氧產(chǎn)沼氣的技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種用于秸稈厭氧發(fā)酵的機械粉碎聯(lián)合兼氧水解預(yù)處理方法。

背景技術(shù)：

我國是農(nóng)業(yè)大國，作物秸稈極其豐富，據(jù)統(tǒng)計，每年可收集秸稈資源量約為9億噸；若不及時處理，不僅污染環(huán)境，而且造成資源浪費。為了實現(xiàn)秸稈的資源化和無害化利用，我國大力支持秸稈類規(guī)?；笮驼託夤こ探ㄔO(shè)，秸稈沼氣工程得到了迅速發(fā)展。

秸稈的木質(zhì)素含量較高，而且，秸稈的纖維素結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，分子內(nèi)部存在著大量的結(jié)晶區(qū)、氫鍵和非結(jié)晶區(qū)，致使干秸稈不易被厭氧消化，產(chǎn)氣量低，經(jīng)濟效益差，并且，在工程運行中經(jīng)常出現(xiàn)諸多問題，如浮渣嚴(yán)重，進出料困難，管道堵塞等，需要經(jīng)常維修甚至停產(chǎn)，這些是導(dǎo)致秸稈不易于被大規(guī)模用于生產(chǎn)沼氣的主要原因。而解決的方法就是在秸稈厭氧發(fā)酵前對秸稈進行預(yù)處理，破壞秸稈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高水解速率，從而提高秸稈的厭氧消化性能，因此，高效的預(yù)處理方式是實現(xiàn)秸稈大規(guī)模用于生產(chǎn)沼氣的關(guān)鍵步驟。

通過物理、化學(xué)和生物等途徑對秸稈進行的預(yù)處理，都能提高秸稈厭氧消化率和產(chǎn)氣率，但現(xiàn)有的以上預(yù)處理方法在改善秸稈特性、提高原料消化率和增加產(chǎn)氣量的同時也存在一系列問題，各有其局限性。物理預(yù)處理的效果與成本投入密切相關(guān)，且單一使用效果有限；化學(xué)處理簡單方便，處理效果也較好，但對設(shè)備要求高，投加化學(xué)藥劑增加了成本，并且有可能造成二次污染；生物預(yù)處理反應(yīng)溫和、能耗較小，設(shè)備簡單，不會帶來環(huán)境污染，但預(yù)處理周期長，占地面積大，需要高效的生物菌劑，而且我國現(xiàn)有技術(shù)離規(guī)?；膽?yīng)用還有一定的差距。鑒于秸稈類原料的結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)著眼于工程應(yīng)用，開發(fā)一種低成本、高效、便捷、環(huán)境友好型的預(yù)處理方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于秸稈厭氧發(fā)酵的機械粉碎聯(lián)合兼氧水解預(yù)處理方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的秸稈預(yù)處理方法存在投資高、效果差、容易造成二次污染和規(guī)?；a(chǎn)難的問題。

本發(fā)明的一種用于秸稈厭氧發(fā)酵的機械粉碎聯(lián)合兼氧水解預(yù)處理方法，其主要是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的：包括以下步驟：1）秸稈預(yù)處理，將秸稈粉碎，使其粒徑大小為1-2cm；2）秸稈調(diào)配，在步驟1）所得秸稈內(nèi)添加沼液和接種物，得料液，料液的含固率為8-10%；3）秸稈水解，將步驟2）所得料液兼氧水解1-2天，水解溫度為38±2℃，并間歇曝氣，曝氣氣水比為6:1-20:1，得水解液。

本發(fā)明的這種采用機械粉碎聯(lián)合兼氧水解的秸稈預(yù)處理方法中，采用機械粉碎和兼氧水解聯(lián)合的預(yù)處理方法能夠使秸稈最大限度的降解為小分子物質(zhì)，打破單一預(yù)處理效果差的劣勢；沼液為沼氣工程厭氧發(fā)酵罐中的出料，為富含水解酸化菌和甲烷菌的沼液，采用沼液進行調(diào)配一方面能夠替代調(diào)配用水，消納沼液，另一方面能夠利用沼液中的水解酸化菌，進一步提高預(yù)處理效率；采用兼氧的水解方式是利用水解酸化菌和產(chǎn)甲烷菌的特性差異，提高水解酸化菌的活性，最大限度的提高水解效率；本發(fā)明不僅能夠解決秸稈厭氧發(fā)酵結(jié)殼、進出料困難的問題，還能夠提高秸稈厭氧發(fā)酵效率，縮短發(fā)酵時間，同時消納了沼液。

作為一種優(yōu)選的實施方案，所述步驟2）的接種物為所述步驟3）得到的水解液。本發(fā)明的接種物可以采用水解液進行自接種而不采用外源添加菌種，由于外源添加菌種在水解過程中需要馴化為優(yōu)勢菌群才能發(fā)揮水解作用，啟動較慢，延長了料液的水解時間，一次性投資增加；另外，外源添加菌種需要額外增加經(jīng)濟成本，經(jīng)濟效益不佳；本發(fā)明水解液中本身含有的水解酸化菌即為馴化后的最適菌種，對于秸稈原料和外界環(huán)境具有很好的適應(yīng)性。

作為一種優(yōu)選的實施方案，所述步驟2）的接種物的用量為所述步驟3）所得水解液總體積的20-30%。本發(fā)明可以通過水解池不完全出料即在水解池中始終保留20-30%的水解液來實現(xiàn)；另外，水解初次運行時可通過全部以沼液調(diào)配，延長水解時間至2-3天，利用沼液中本身攜帶的水解酸化菌的自身繁殖來實現(xiàn)秸稈水解的啟動。

作為一種優(yōu)選的實施方案，所述步驟3）中，曝氣氣水比為10:1-15:1。通過控制曝氣過程中的氣水比可以更好的利用水解酸化菌和產(chǎn)甲烷菌的特性差異，抑制甲烷菌的活性，使水解酸化菌充分發(fā)揮作用，從而提高水解酸化效率。

作為一種優(yōu)選的實施方案，所述步驟3）所得水解液的ph值為5.0-6.0，vfa含量為8000-12000mg/l。本發(fā)明的這種水解液可以直接泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐進行厭氧發(fā)酵；與未水解預(yù)處理組相比，其產(chǎn)氣高峰可以提前5-8天，發(fā)酵周期可控制在15-25天。

作為一種優(yōu)選的實施方案，所述步驟3）所得水解液的ph值為5.5，vfa含量為10000mg/l。此時，料液得到了充分的水解酸化，vfa含量達到峰值，進入?yún)捬豕藓罂梢宰羁斓倪_到產(chǎn)氣高峰。

作為一種優(yōu)選的實施方案，所述步驟1）中，所述秸稈為玉米秸稈、小麥秸稈或水稻秸稈中的任意一種或幾種，秸稈預(yù)處理時采用粉碎機進行粉碎，粉碎后的秸稈粒徑大小為1-1.5cm。事先對秸稈進行碎粉預(yù)處理，可以使秸稈更容易進行水解和酸化，提高水解和酸化效果，使秸稈最大限度的降解為小分子物質(zhì)，打破單一預(yù)處理效果差的劣勢。

作為一種優(yōu)選的實施方案，所述步驟1）中，秸稈預(yù)處理時，秸稈需要事先進行自然風(fēng)干，并采用打捆機打捆，粉碎前首先破捆并篩分掉其中夾雜的土石雜質(zhì)。對秸稈進行風(fēng)干和打捆方便秸稈的儲存和運輸，去除雜質(zhì)可以提高秸稈的純凈度，防止損壞粉碎機，保障粉碎粒徑均勻，有利于提高水解效率。

作為一種優(yōu)選的實施方案，所述步驟2）中，秸稈水解時，曝氣的時間間隔為1-3h。間歇曝氣可以通過在水解池的底部設(shè)置曝氣裝置，曝氣裝置每隔1-3h對料液通入一次空氣，從而實現(xiàn)水解體系的兼氧環(huán)境。

作為一種優(yōu)選的實施方案，所述步驟2）中，秸稈水解時進行攪拌，攪拌速度為10-30r/min。通過攪拌可以使水解時的秸稈、沼液和接種物進行充分混合，以提高秸稈水解的啟動速度，提高水解的均勻性。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用機械粉碎和兼氧水解聯(lián)合的預(yù)處理方法能夠使秸稈最大限度的降解為小分子物質(zhì)，打破單一預(yù)處理效果差的劣勢；采用沼液進行調(diào)配一方面能夠減少調(diào)配用水，消納沼液，另一方面能夠利用沼液中的水解酸化菌，進一步提高預(yù)處理效率；采用兼氧的水解方式是利用水解酸化菌和產(chǎn)甲烷菌的特性差異，提高水解酸化菌的活性，最大限度的提高水解效率；水解時間由之前的3-5天縮短至1-2天；本發(fā)明有效解決了秸稈厭氧發(fā)酵結(jié)殼、進出料困難的問題，還能夠提高秸稈厭氧發(fā)酵效率，縮短發(fā)酵時間10-20天，通過沼液回流調(diào)配，每噸秸稈可節(jié)約調(diào)配用水7-9噸，以年處理10000噸秸稈的沼氣工程為例，采用該預(yù)處理方法可直接降低工程的一次性投資100-150萬，運行成本降低10-15%。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例一

本發(fā)明的一種用于秸稈厭氧發(fā)酵的機械粉碎聯(lián)合兼氧水解預(yù)處理方法，包括以下步驟：

（1）秸稈粉碎，自然風(fēng)干的秸稈采用打捆機打捆，一般存放于沼氣工程的秸稈堆場中；粉碎前首先破捆并篩分掉其中夾雜的土石等雜質(zhì)，然后使用秸稈粉碎機粉碎至粒徑大小為1cm。

（2）秸稈調(diào)配，粉碎后的秸稈使用皮帶上料機輸送至水解調(diào)配池中，使用厭氧發(fā)酵后的沼液進行調(diào)配，通過攪拌機攪拌與接種物一起混合均勻，得料液，使料液的含固率為8%。

（3）秸稈水解，調(diào)配好的秸稈在水解池中兼氧水解1天，料液通過水解池中加熱盤管加熱，維持溫度為36℃，水解過程通過攪拌機攪拌，攪拌速度為10r/min，并通過水解池的底部的曝氣管進行間歇曝氣，曝氣氣水比為6:1，曝氣的時間間隔為1h，得水解液。

按照本發(fā)明的方法得到的水解液，經(jīng)過檢測，其ph為5.5，vfa（揮發(fā)性脂肪酸）含量為10000mg/l；將該水解液直接泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐進行厭氧發(fā)酵，試驗結(jié)果表明，與未進行水解預(yù)處理的空白對照組相比，本發(fā)明的水解液的產(chǎn)氣高峰提前5天，發(fā)酵周期為15天，發(fā)酵時間縮短18天。

實施例二

本發(fā)明的一種用于秸稈厭氧發(fā)酵的機械粉碎聯(lián)合兼氧水解預(yù)處理方法，包括以下步驟：

（1）秸稈粉碎，自然風(fēng)干的秸稈采用打捆機打捆，一般存放于沼氣工程的秸稈堆場中；粉碎前首先破捆并篩分掉其中夾雜的土石等雜質(zhì)，然后使用秸稈粉碎機粉碎至粒徑大小為2cm。

（2）秸稈調(diào)配，粉碎后的秸稈使用皮帶上料機輸送至水解調(diào)配池中，使用厭氧發(fā)酵后的沼液進行調(diào)配，通過攪拌機攪拌與接種物一起混合均勻，得料液，使料液的含固率為10%；接種物為實施例一中步驟（3）得到的水解液，接種量為整個水解池容積的1/4；通?？梢允窃谕瓿傻?次水解預(yù)處理后，水解液出料時在水解池中保留1/4的水解液作為下次秸稈調(diào)配的接種物；通常在秸稈沼氣工程中會設(shè)置2個水解池，交替使用，這樣可以保證每天都能有水解好的料液供厭氧發(fā)酵使用。

（3）秸稈水解，調(diào)配好的秸稈在水解池中兼氧水解2天，料液通過水解池中加熱盤管加熱，維持溫度為40℃，水解過程通過攪拌機攪拌，攪拌速度為22r/min，并通過水解池的底部的曝氣管進行間歇曝氣，曝氣氣水比為10:1，曝氣的時間間隔為2h，得水解液。

按照本發(fā)明的方法得到的水解液，經(jīng)過檢測，其ph為5.0，vfa含量為12000mg/l；將該水解液直接泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐進行厭氧發(fā)酵，試驗結(jié)果表明，與未進行水解預(yù)處理的空白對照組相比，本發(fā)明的水解液的產(chǎn)氣高峰提前8天，發(fā)酵周期為25天，發(fā)酵時間縮短20天。

實施例三

本發(fā)明的一種用于秸稈厭氧發(fā)酵的機械粉碎聯(lián)合兼氧水解預(yù)處理方法，包括以下步驟：

（1）秸稈粉碎，自然風(fēng)干的秸稈采用打捆機打捆，一般存放于沼氣工程的秸稈堆場中；粉碎前首先破捆并篩分掉其中夾雜的土石等雜質(zhì)，然后使用秸稈粉碎機粉碎至粒徑大小為1.5cm。

（2）秸稈調(diào)配，粉碎后的秸稈使用皮帶上料機輸送至水解調(diào)配池中，使用厭氧發(fā)酵后的沼液進行調(diào)配，通過攪拌機攪拌與接種物一起混合均勻，得料液，使料液的含固率為9%；接種物是在完成第1次水解預(yù)處理后得到的水解液，在水解液出料時在水解池中保留20%的水解液作為下次秸稈調(diào)配的接種物。

（3）秸稈水解，調(diào)配好的秸稈在水解池中兼氧水解1.5天，料液通過水解池中加熱盤管加熱，維持溫度為38℃，水解過程通過攪拌機攪拌，攪拌速度為30r/min，并通過水解池的底部的曝氣管進行間歇曝氣，曝氣氣水比為20:1，曝氣的時間間隔為3h，得水解液。

按照本發(fā)明的方法得到的水解液，經(jīng)過檢測，其ph為6.0，vfa含量為8000mg/l；將該水解液直接泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐進行厭氧發(fā)酵，試驗結(jié)果表明，與未進行水解預(yù)處理的空白對照組相比，本發(fā)明的水解液的產(chǎn)氣高峰提前7天，發(fā)酵周期為20天，發(fā)酵時間縮短15天。

實施例四

本發(fā)明的一種用于秸稈厭氧發(fā)酵的機械粉碎聯(lián)合兼氧水解預(yù)處理方法，包括以下步驟：1）秸稈預(yù)處理，將秸稈粉碎，使其粒徑大小為1cm；2）秸稈調(diào)配，在上述秸稈內(nèi)添加沼液和接種物，得料液，料液的含固率為8%；3）秸稈水解，將上述料液兼氧水解1天，水解溫度為38℃，并間歇曝氣，曝氣氣水比為15:1，得水解液。

按照本發(fā)明的方法得到的水解液，經(jīng)過檢測，其ph為5.6，vfa含量為9000mg/l；將該水解液直接泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐進行厭氧發(fā)酵，試驗結(jié)果表明，與未進行水解預(yù)處理的空白對照組相比，本發(fā)明的水解液的產(chǎn)氣高峰提前6天，發(fā)酵周期為18天，發(fā)酵時間縮短12天。

實施例五

本發(fā)明的一種用于秸稈厭氧發(fā)酵的機械粉碎聯(lián)合兼氧水解預(yù)處理方法，包括以下步驟：1）秸稈預(yù)處理，將秸稈粉碎，使其粒徑大小為2cm；2）秸稈調(diào)配，在上述秸稈內(nèi)添加沼液和接種物，得料液，料液的含固率為10%，接種物為富含水解酸化菌的水解液，接種物是在完成第1次水解預(yù)處理后得到的水解液，在水解液出料時在水解池中保留30%的水解液作為下次秸稈調(diào)配的接種物；3）秸稈水解，將上述料液兼氧水解2天，水解溫度為38℃，并間歇曝氣，曝氣氣水比為15:1，曝氣的時間間隔為2h，得水解液。

按照本發(fā)明的方法得到的水解液，經(jīng)過檢測，其ph為5.8，vfa含量為11000mg/l；將該水解液直接泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐進行厭氧發(fā)酵，試驗結(jié)果表明，與未進行水解預(yù)處理的空白對照組相比，本發(fā)明的水解液的產(chǎn)氣高峰提前7天，發(fā)酵周期為23天，發(fā)酵時間縮短10天。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用機械粉碎和兼氧水解聯(lián)合的預(yù)處理方法能夠使秸稈最大限度的降解為小分子物質(zhì)，打破單一預(yù)處理效果差的劣勢；采用沼液進行調(diào)配一方面能夠減少調(diào)配用水，消納沼液，另一方面能夠利用沼液中的水解酸化菌，進一步提高預(yù)處理效率；采用兼氧的水解方式是利用水解酸化菌和產(chǎn)甲烷菌的特性差異，提高水解酸化菌的活性，最大限度的提高水解效率；水解時間由之前的3-5天縮短至1-2天；本發(fā)明有效解決了秸稈厭氧發(fā)酵結(jié)殼、進出料困難的問題，還能夠提高秸稈厭氧發(fā)酵效率，縮短發(fā)酵時間10-20天，通過沼液回流調(diào)配，每噸秸稈可節(jié)約調(diào)配用水7-9噸，以年處理10000噸秸稈的沼氣工程為例，采用該預(yù)處理方法可直接降低工程的一次性投資100-150萬，運行成本降低10-15%。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。