CN109321606A - 一种用于寒地秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法 - Google Patents

一种用于寒地秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于寒地秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，属于沼气工程原料预处理技术领域，本发明解决了秸秆预处理时间长、酶解效率低的问题，具体步骤为：步骤一、将农作物秸秆粉碎后放入密闭容器中，向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持一定的含水率，压实秸秆粉碎物后将容器密封，一定温度下贮存一定时间得到黄贮秸秆；步骤二、将一定质量浓度的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上，在一定温度下浸润一定时间完成预处理。本发明利用亚硫酸氢钠改变了秸秆中木质素的结构并使之溶出，在酸性条件下有效的降解半纤维素并将其溶出，增加了纤维素酶系与纤维素的有效接触，提高了酶解效率，缩短了预处理时间。

Description

一种用于寒地秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法
技术领域
本发明属于沼气工程原料预处理技术领域，尤其涉及一种用于寒地秸秆沼气工程的农 作物秸秆预处理方法。
背景技术
中国是传统的农业生产大国，各类农作物秸秆资源丰富、分布广泛。将农业生产过程 中产生的大量农作物秸秆进行资源化利用，即通过厌氧发酵技术将农作物秸秆转化为沼 气，是合理利用农业废弃物的重要途径。
但在寒冷地区，秸秆沼气工程的秸秆原料具有季节性和时效性的限制。秋季玉米收获 后，秸秆被大量堆放在田地里，若存贮条件不合格极易造成腐烂变质而导致原料损失。由 于寒地秸秆发干黄化，原料含水率过低，达不到常用青贮方法的要求，导致青贮秸秆沼气 技术在东北地区无法实现。
黄贮技术相对要求较低，且能达到和青贮相似的预处理效果，具有易存贮、处理量大、 无污染、原料供应足等优点，将黄贮技术应用于寒地沼气工程秸秆原料的预处理能够保证 沼气工程原料的持续供应及***的稳定性。
但由于秸秆类原料的木质纤维素结构含有大量不能被微生物利用的木质素，且木质素 将纤维素和半纤维素包裹住，使纤维素和半纤维素难以被微生物直接降解利用，导致秸秆 的预处理时间长，酶解效率低，直接导致产气过程厌氧发酵时水解酸化缓慢、产气周期长、 秸秆利用效率低的问题，限制了秸秆的能源化利用。
发明内容
为解决秸秆预处理时间长、酶解效率低的问题，本发明提供了一种用于寒地秸秆沼气 工程的农作物秸秆预处理方法。
本发明的技术方案：
一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，步骤如下：
步骤一、将农作物秸秆粉碎后放入密闭容器中，向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持 一定的含水率，压实秸秆粉碎物后将容器密封，一定温度下贮存一定时间得到黄贮秸秆；
步骤二、将一定质量浓度的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上， 在一定温度下浸润一定时间完成预处理。
进一步的，步骤一所述农作物秸秆包括玉米秸秆、麦秸秆、稻秸秆或黄豆秸秆中的一 种或几种的组合。
进一步的，步骤一所述将农作物秸秆粉碎至0.5cm。
进一步的，步骤一所述秸秆粉碎物的含水率为71～75％。
进一步的，步骤一所述贮存温度为5～15℃。
进一步的，步骤一所述贮存时间为60～90天。
进一步的，步骤二所述亚硫酸氢钠的质量浓度为5～10％。
进一步的，步骤二所述浸润是指黄贮秸秆喷洒亚硫酸氢钠预处理液后，用手攥黄贮秸 秆，手指间有水珠而不滴落的状态。
进一步的，步骤二所述浸润温度为30～80℃。
进一步的，步骤二所述浸润时间为65～80h。
本发明的有益效果：
本发明提供的农作物秸秆预处理过程利用亚硫酸氢钠改变了秸秆中木质素的结构并 使之溶出，在酸性条件下有效的降解半纤维素并将其溶出，降低了纤维素的结晶度，脱去 木质素，增加了秸秆原料的疏松性，从而增加了纤维素酶系与纤维素的有效接触，提高了 酶解效率，缩短了预处理时间。
本发明预处理方法将秸秆原料中的半纤维素、还原糖等养分溶出在预处理液中，不经 洗涤固液一起经过厌氧发酵产沼气，减少营养物质损失的同时提高了产气效果，解决了秸 秆沼气化过程的低效率高成本问题，对寒区沼气工程的推广与应用具有重要意义。
附图说明
图1为实施例6、9、10和对比例1-3所得预处理液厌氧发酵产沼气效果对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发 明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在 本发明的保护范围中。
实施例1
一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，步骤如下：
步骤一、将农作物秸秆粉碎后放入密闭容器中，向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持 一定的含水率，压实秸秆粉碎物后将容器密封，一定温度下贮存一定时间得到黄贮秸秆；
步骤二、将一定质量浓度的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上， 在一定温度下浸润一定时间完成预处理。
实施例2
一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，步骤如下：
步骤一、将农作物秸秆粉碎至0.5cm后放入密闭容器中，所述农作物秸秆包括玉米秸 秆、麦秸秆、稻秸秆或黄豆秸秆中的一种或几种的组合；。
向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持含水率为71～75％，压实秸秆粉碎物后将容器密 封，5～15℃温度下贮存60～90天得到黄贮秸秆；
步骤二、将一定质量浓度的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上， 在一定温度下浸润一定时间完成预处理。
实施例3
一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，步骤如下：
步骤一、将农作物秸秆粉碎至0.5cm后放入密闭容器中，所述农作物秸秆包括玉米秸 秆、麦秸秆、稻秸秆或黄豆秸秆中的一种或几种的组合。
向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持含水率为71～75％，压实秸秆粉碎物后将容器密 封，5～15℃温度下贮存60～90天得到黄贮秸秆；
步骤二、将质量浓度5～10％的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆 上并达到浸润状态，所述浸润是指黄贮秸秆喷洒亚硫酸氢钠预处理液后，用手攥黄贮秸秆， 手指间有水珠而不滴落的状态，在30～80℃温度下浸润65～80h完成预处理。
本实施例利用亚硫酸氢钠改变了秸秆中木质素的结构并使之溶出，在酸性条件下有效 的降解半纤维素并将其溶出，降低了纤维素的结晶度，脱去木质素，增加了秸秆原料的疏 松性，从而增加了纤维素酶系与纤维素的有效接触，提高了酶解效率，缩短了预处理时间。
实施例4
一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，步骤如下：
步骤一、将麦秸秆粉碎至0.5cm后，将其逐层填装在黄贮的密闭容器中，填装的同时 向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持含水率为71％，逐层压实，将装填好的黄贮容器用塑料布封盖并勒紧，使其密封不漏气，5℃温度下贮存90天得到黄贮秸秆；
步骤二、将质量浓度5％的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上并 达到浸润状态，所述浸润是指黄贮秸秆喷洒亚硫酸氢钠预处理液后，用手攥黄贮秸秆，手 指间有水珠而不滴落的状态，在30℃温度下浸润65h完成预处理，本实施例预处理所得 预处理液的糖化率为69.5％。
实施例5
一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，步骤如下：
步骤一、将稻秸秆粉碎至0.5cm后，将其逐层填装在黄贮的密闭容器中，填装的同时 向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持含水率为72％，逐层压实，将装填好的黄贮容器用塑料布封盖并勒紧，使其密封不漏气，8℃温度下贮存85天得到黄贮秸秆；
步骤二、将质量浓度7％的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上并 达到浸润状态，所述浸润是指黄贮秸秆喷洒亚硫酸氢钠预处理液后，用手攥黄贮秸秆，手 指间有水珠而不滴落的状态，在40℃温度下浸润68h完成预处理，本实施例预处理所得 预处理液的糖化率为74.3％。
实施例6
一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，步骤如下：
步骤一、将玉米秸秆粉碎至0.5cm后，将其逐层填装在黄贮的密闭容器中，填装的同 时向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持含水率为73％，逐层压实，将装填好的黄贮容器用塑料布封盖并勒紧，使其密封不漏气，10℃温度下贮存75天得到黄贮秸秆；
步骤二、将质量浓度8％的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上并 达到浸润状态，所述浸润是指黄贮秸秆喷洒亚硫酸氢钠预处理液后，用手攥黄贮秸秆，手 指间有水珠而不滴落的状态，在50℃温度下浸润72h完成预处理，本实施例预处理所得 预处理液的糖化率为83.5％。
实施例7
一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，步骤如下：
步骤一、将黄豆秸秆粉碎至0.5cm后，将其逐层填装在黄贮的密闭容器中，填装的同 时向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持含水率为74％，逐层压实，将装填好的黄贮容器用塑料布封盖并勒紧，使其密封不漏气，12℃温度下贮存70天得到黄贮秸秆；
步骤二、将质量浓度9％的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上并 达到浸润状态，所述浸润是指黄贮秸秆喷洒亚硫酸氢钠预处理液后，用手攥黄贮秸秆，手 指间有水珠而不滴落的状态，在60℃温度下浸润76h完成预处理，本实施例预处理所得 预处理液的糖化率为83.1％。
实施例8
一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，步骤如下：
步骤一、将玉米秸秆和黄豆秸秆粉碎至0.5cm后混合，将其逐层填装在黄贮的密闭容 器中，填装的同时向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持含水率为75％，逐层压实，将装填好的黄贮容器用塑料布封盖并勒紧，使其密封不漏气，15℃温度下贮存60天得到黄贮 秸秆；
步骤二、将质量浓度10％的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上 并达到浸润状态，所述浸润是指黄贮秸秆喷洒亚硫酸氢钠预处理液后，用手攥黄贮秸秆， 手指间有水珠而不滴落的状态，在80℃温度下浸润80h完成预处理，本实施例预处理所得预处理液的糖化率为82.9％。
实施例9
本实施例与实施例6的区别仅在于，本实施例中亚硫酸氢钠预处理液浸润的温度为 30℃。
实施例10
本实施例与实施例6的区别仅在于，本实施例中亚硫酸氢钠预处理液浸润的温度为 80℃。
对比例1
本实施例与实施例6的区别仅在于，本对比例中使用的玉米秸秆未进行黄贮处理，粉 碎后直接用质量浓度8％的亚硫酸氢钠预处理液进行浸润处理,浸润处理温度为30℃。
对比例2
本实施例与实施例6的区别仅在于，本对比例中使用的玉米秸秆未进行黄贮处理，粉 碎后直接用质量浓度8％的亚硫酸氢钠预处理液进行浸润处理,浸润处理温度为50℃。
对比例3
本实施例与实施例6的区别仅在于，本对比例中使用的玉米秸秆未进行黄贮处理，粉 碎后直接用质量浓度8％的亚硫酸氢钠预处理液进行浸润处理,浸润处理温度为80℃。
验证试验，利用实施例6、9、10和对比例1-3预处理得到的预处理液，不经洗涤固液一起经过厌氧发酵产沼气的验证试验，所得结果如图1所示，由图1所示，实施例6 的预处理方法，即黄贮秸秆在质量浓度8％的亚硫酸氢钠预处理液以50℃浸润72小时的 预处理液为原料进行厌氧发酵的产气效果最好，达到223ml/gTS。
这说明亚硫酸氢钠改变了秸秆中木质素的结构并使之溶出，在酸性条件下有效的降解 半纤维素并将其溶出，降低了纤维素的结晶度，脱去木质素，增加了秸秆原料的疏松性， 从而增加了纤维素酶系与纤维素的有效接触，提高了酶解效率，缩短了预处理时间。
本发明实施例6预处理方法将秸秆原料中的半纤维素、还原糖等养分溶出在预处理液 中，不经洗涤固液一起经过厌氧发酵产沼气，减少营养物质损失的同时提高了产气效果。

Claims (10)

1.一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将农作物秸秆粉碎后放入密闭容器中，向密闭容器中加水使秸秆粉碎物保持一定的含水率，压实秸秆粉碎物后将容器密封，一定温度下贮存一定时间得到黄贮秸秆；
步骤二、将一定质量浓度的亚硫酸氢钠预处理液均匀喷洒在步骤一所得黄贮秸秆上，在一定温度下浸润一定时间完成预处理。
2.根据权利要求1所述一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤一所述农作物秸秆包括玉米秸秆、麦秸秆、稻秸秆或黄豆秸秆中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1或2所述一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤一所述将农作物秸秆粉碎至0.5cm。
4.根据权利要求3所述一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤一所述秸秆粉碎物的含水率为71～75％。
5.根据权利要求4所述一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤一所述贮存温度为5～15℃。
6.根据权利要求5所述一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤一所述贮存时间为60～90天。
7.根据权利要求6所述一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤二所述亚硫酸氢钠的质量浓度为5～10％。
8.根据权利要求7所述一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤二所述浸润是指黄贮秸秆喷洒亚硫酸氢钠预处理液后，用手攥黄贮秸秆，手指间有水珠而不滴落的状态。
9.根据权利要求8所述一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤二所述浸润温度为30～80℃。
10.根据权利要求9所述一种用于寒冷地区秸秆沼气工程的农作物秸秆预处理方法，其特征在于，步骤二所述浸润时间为65～80h。
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