CN102533871A - 一种利用酸化发酵液回流处理农作物秸秆的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用酸化发酵液回流处理农作物秸秆的方法及其应用，将农作物秸秆进行水解酸化，然后将其酸性发酵液回流对农作物秸秆进行酸解预处理，再将预处理后的农作物秸秆进行水解酸化发酵，最后利用农作物秸秆生产甲烷。本发明利用农作物秸秆发酵液对农作物秸秆进行酸化预处理，缩短厌氧消化所需时间，提高产气量，降低运行成本，提供一种农作物秸秆发酵液回流预处理农作物秸秆提高两相厌氧消化效率的方法。

Description

一种利用酸化发酵液回流处理农作物秸秆的方法及其应用
技术领域
本发明属于生物质能源化领域，更加具体地说，主要涉及一种利用农作物秸秆酸化发酵液回流处理秸秆的方法。
背景技术
污水厂污泥在填埋之前需要进行稳定化处理，厌氧消化是一种有效的方法，同时厌氧消化还因其能够产生能源而引起越来越多的重视。厌氧消化可以达到污泥减量化资源化的目的，但是剩余污泥的厌氧消化过程是一个缓慢困难的过程，这主要是细胞壁保护细胞免受渗透裂解，进而阻碍了细胞内物质的消化。酸预处理是一种有效的促进厌氧消化的手段，主要是对细胞壁的破解作用，表现在消化时间缩短，产气量增加。一般的预处理方法有：化学氧化(臭氧氧化等)，物理方法(热解等)、超声波等。但同时我国每年农作物秸秆产量巨大，秸秆可以作为一种资源加以利用，但是在我国的广大农村地区，秸秆大部分都被直接焚烧或者废弃堆置。这不仅造成了秸秆资源的浪费，因而合理高效利用秸秆资源已经成为整个社会关注的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，利用农作物秸秆发酵液对农作物秸秆进行酸化预处理，缩短厌氧消化所需时间，提高产气量，降低运行成本，提供一种农作物秸秆发酵液回流预处理农作物秸秆提高两相厌氧消化效率的方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：
一种利用酸化发酵液回流处理农作物秸秆的方法，将农作物秸秆进行水解酸化，然后将其酸性发酵液回流对农作物秸秆进行酸化预处理(即酸解)，再将预处理后的农作物秸秆进行水解酸化发酵。
可利用本发明的方法处理的农作物秸秆产物进行甲烷的生产。
其中农作物秸秆可选择使用普通农作物秸秆(例如农作物玉米秸秆)，利用机械粉碎机将其粉碎，粉碎后过筛子，筛分后的秸秆存放在通风干燥处保存备用，秸秆粉末尺寸优选20～50目。
本发明的技术方案利用农作物秸秆在两相厌氧消化过程中水解酸化阶段产生的发酵液进行农作物秸秆预处理，所得的发酵液中含有大量挥发性脂肪酸(VFAs)，比如乙酸、丙酸、丁酸等有机酸。预处理时间：12～48h，优选20-40h；预处理所用为秸秆水解酸化发酵液。预处理时，称取筛分后秸秆粉末，按照固液质量比为(1∶10)～(1∶20)将秸秆浸泡于发酵液中。预处理后农作物秸秆液相中总化学需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中纤维素等物质显著增加。
将预处理后农作物秸秆进入水解酸化池进行水解酸化发酵，经预处理后，农作物秸秆水解酸化速度与效率大大加快，经水解酸化后，产生大量挥发性脂肪酸，使发酵液pH值降至2-4。此阶段秸秆的质量百分浓度为20wt％-40wt％，水力停留时间为20-75小时，优选30-60h。
最后将水解酸化后的农作物秸秆通过污泥泵进入产甲烷池，进入产甲烷阶段。此阶段水力停留时间为100-220小时，优选150-200h。
利用本发明的技术方案，可使甲烷产量提高50％-90％；提高厌氧消化产气量，减少厌氧产甲烷阶段所需时间，降低秸秆预处理成本。
本发明的技术方案利用农作物秸秆两相厌氧消化过程中水解酸化阶段产生的发酵液进行农作物秸秆预处理，所得的发酵液中含有大量挥发性脂肪酸(VFAs)，比如乙酸、丙酸、丁酸等有机酸。与传统厌氧消化工艺相比，本发明的优点在于：充分利用水解酸化过程中产生的挥发性脂肪酸，对农作物秸秆进行酸化预处理，缩短厌氧消化停留时间，提高消化产气效率。本发明可以应用于农作物秸秆厌氧消化处理工艺的升级改造、新建农作物秸秆消化工艺等，经推广后可以提高产甲烷量，减少农作物秸秆消化时间，充分利用水解酸化阶段产生的有机酸，实现农作物秸秆资源化，产生显著的环境效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
秸秆经过机械粉碎后，经过风干干燥。筛分选取30目粉末与回流的秸秆水解酸化液按照固液比1∶10(质量比)混合，预处理时间24h。预处理后农作物秸秆液相中总化学需氧量(TCOD)增加1453mg/L。预处理后秸秆通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间48h，测得秸秆浓度24.5％，发酵液pH值降至3.46。水解酸化后秸秆通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间150h，产甲烷量提高67.4％。
实施例2
秸秆经过机械粉碎后，经过风干干燥。筛分选取40目粉末与回流的秸秆水解酸化液按照固液比1∶16(质量比)混合，预处理时间36h。预处理后农作物秸秆液相中总化学需氧量(TCOD)增加2132mg/L。预处理后秸秆通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间24h，测得秸秆浓度21.3％，发酵液pH值降至3.03。水解酸化后秸秆通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间190h，产甲烷量提高74.6％。
实施例3
秸秆经过机械粉碎后，经过风干干燥。筛分选取50目粉末与回流的秸秆水解酸化液按照固液比1∶18(质量比)混合，预处理时间42h。预处理后农作物秸秆液相中总化学需氧量(TCOD)增加2643mg/L。预处理后秸秆通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间75h，测得秸秆浓度32.7％，发酵液pH值降至2.56。水解酸化后秸秆通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间200h，产甲烷量提高83.4％。
实施例4
秸秆经过机械粉碎后，经过风干干燥。筛分选取50目粉末与回流的秸秆水解酸化液按照固液比1∶20(质量比)混合，预处理时间12h。预处理后农作物秸秆液相中总化学需氧量(TCOD)增加2453mg/L。预处理后秸秆通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间50h，测得秸秆浓度34.5％，发酵液pH值降至2.46。水解酸化后秸秆通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间100h，产甲烷量提高87.4％。
实施例5
秸秆经过机械粉碎后，经过风干干燥。筛分选取30目粉末与回流的秸秆水解酸化液按照固液比1∶15(质量比)混合，预处理时间48h。预处理后农作物秸秆液相中总化学需氧量(TCOD)增加1538mg/L。预处理后秸秆通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间20h，测得秸秆浓度36.1％，发酵液pH值降至2.36。水解酸化后秸秆通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间220h，产甲烷量提高86.7％。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用酸化发酵液回流处理农作物秸秆的方法，其特征在于，将农作物秸秆进行水解酸化，然后将其酸性发酵液回流对农作物秸秆进行酸化预处理(即酸解)，再将预处理后的农作物秸秆进行水解酸化发酵。
2.根据权利要求1所述的一种利用酸化发酵液回流处理农作物秸秆的方法，其特征在于，农作物秸秆可选择使用普通农作物秸秆，利用机械粉碎机将其粉碎，粉碎后过筛子，筛分后的秸秆存放在通风干燥处保存备用，秸秆粉末尺寸优选20～50目。
3.根据权利要求1所述的一种利用酸化发酵液回流处理农作物秸秆的方法，其特征在于，预处理时，称取筛分后秸秆粉末，按照固液质量比为(1∶10)～(1∶20)将秸秆浸泡于秸秆水解酸化发酵液中，酸化预处理时间优选12～48h，优选20-40h。
4.根据权利要求1所述的一种利用酸化发酵液回流处理农作物秸秆的方法，其特征在于，预处理后农作物秸秆液相中总化学需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中纤维素等物质显著增加。
5.根据权利要求1所述的一种利用酸化发酵液回流处理农作物秸秆的方法，其特征在于，将预处理后农作物秸秆进入水解酸化池进行水解酸化发酵，经预处理后，农作物秸秆水解酸化速度与效率大大加快，经水解酸化后，产生大量挥发性脂肪酸，使发酵液pH值降至2-4，秸秆的质量百分浓度为20wt％-40wt％，水力停留时间为20-75小时，优选30-60h。
6.一种利用如权利要求1所述的方法进行甲烷生产的方法，其特征在于，将农作物秸秆进行水解酸化，然后将其酸性发酵液回流对农作物秸秆进行酸化预处理(即酸解)，再将预处理后的农作物秸秆进行水解酸化发酵，最后利用酸化发酵产物进行甲烷生产。
7.根据权利要求6所述的甲烷生产方法，其特征在于，农作物秸秆可选择使用普通农作物秸秆，利用机械粉碎机将其粉碎，粉碎后过筛子，筛分后的秸秆存放在通风干燥处保存备用，秸秆粉末尺寸优选20～50目。
8.根据权利要求6所述的甲烷生产方法，其特征在于，预处理时，称取筛分后秸秆粉末，按照固液质量比为(1∶10)～(1∶20)将秸秆浸泡于秸秆水解酸化发酵液中，酸化预处理时间优选12～48h，优选20-40h，预处理后农作物秸秆液相中总化学需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中纤维素等物质显著增加。
9.根据权利要求6所述的甲烷生产方法，其特征在于，将预处理后农作物秸秆进入水解酸化池进行水解酸化发酵，经预处理后，农作物秸秆水解酸化速度与效率大大加快，经水解酸化后，产生大量挥发性脂肪酸，使发酵液pH值降至2-4，秸秆的质量百分浓度为20wt％-40wt％，水力停留时间为20-75小时，优选30-60h。
10.根据权利要求6所述的甲烷生产方法，其特征在于，将水解酸化后的农作物秸秆通过污泥泵进入产甲烷池，进入产甲烷阶段，水力停留时间为100-220小时，优选150-200h。
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