專利名稱：一種利用酸化發(fā)酵液回流處理農(nóng)作物秸稈的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源化領(lǐng)域，更加具體地說，主要涉及一種利用農(nóng)作物秸稈酸化發(fā)酵液回流處理秸稈的方法。
背景技術(shù)：
污水廠污泥在填埋之前需要進(jìn)行穩(wěn)定化處理，厭氧消化是一種有效的方法，同時厭氧消化還因其能夠產(chǎn)生能源而引起越來越多的重視。厭氧消化可以達(dá)到污泥減量化資源化的目的，但是剩余污泥的厭氧消化過程是一個緩慢困難的過程，這主要是細(xì)胞壁保護(hù)細(xì)胞免受滲透裂解，進(jìn)而阻礙了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的消化。酸預(yù)處理是一種有效的促進(jìn)厭氧消化的手段，主要是對細(xì)胞壁的破解作用，表現(xiàn)在消化時間縮短，產(chǎn)氣量增加。一般的預(yù)處理方法有化學(xué)氧化(臭氧氧化等)，物理方法(熱解等)、超聲波等。但同時我國每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量巨大，秸稈可以作為一種資源加以利用，但是在我國的廣大農(nóng)村地區(qū)，秸稈大部分都被直接焚燒或者廢棄堆置。這不僅造成了秸稈資源的浪費(fèi)，因而合理高效利用秸稈資源已經(jīng)成為整個社會關(guān)注的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用農(nóng)作物秸稈發(fā)酵液對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行酸化預(yù)處理，縮短厭氧消化所需時間，提高產(chǎn)氣量，降低運(yùn)行成本，提供一種農(nóng)作物秸稈發(fā)酵液回流預(yù)處理農(nóng)作物秸稈提高兩相厭氧消化效率的方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種利用酸化發(fā)酵液回流處理農(nóng)作物秸稈的方法，將農(nóng)作物秸稈進(jìn)行水解酸化， 然后將其酸性發(fā)酵液回流對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行酸化預(yù)處理(即酸解)，再將預(yù)處理后的農(nóng)作物秸稈進(jìn)行水解酸化發(fā)酵。可利用本發(fā)明的方法處理的農(nóng)作物秸稈產(chǎn)物進(jìn)行甲烷的生產(chǎn)。其中農(nóng)作物秸稈可選擇使用普通農(nóng)作物秸稈(例如農(nóng)作物玉米秸稈)，利用機(jī)械粉碎機(jī)將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸稈存放在通風(fēng)干燥處保存?zhèn)溆?，秸稈粉末尺寸?yōu)選20 50目。本發(fā)明的技術(shù)方案利用農(nóng)作物秸稈在兩相厭氧消化過程中水解酸化階段產(chǎn)生的發(fā)酵液進(jìn)行農(nóng)作物秸稈預(yù)處理，所得的發(fā)酵液中含有大量揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)，比如乙酸、 丙酸、丁酸等有機(jī)酸。預(yù)處理時間12 48h，優(yōu)選20-40h ；預(yù)處理所用為秸稈水解酸化發(fā)酵液。預(yù)處理時，稱取篩分后秸稈粉末，按照固液質(zhì)量比為(1 10) (1 20)將秸稈浸泡于發(fā)酵液中。預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中纖維素等物質(zhì)顯著增加。將預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化發(fā)酵，經(jīng)預(yù)處理后，農(nóng)作物秸稈水解酸化速度與效率大大加快，經(jīng)水解酸化后，產(chǎn)生大量揮發(fā)性脂肪酸，使發(fā)酵液PH 值降至2-4。此階段秸稈的質(zhì)量百分濃度為20wt% -40wt%，水力停留時間為20-75小時，優(yōu)選 30-60h。最后將水解酸化后的農(nóng)作物秸稈通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段。此階段水力停留時間為100-220小時，優(yōu)選150-200h。利用本發(fā)明的技術(shù)方案，可使甲烷產(chǎn)量提高50% -90% ；提高厭氧消化產(chǎn)氣量，減少厭氧產(chǎn)甲烷階段所需時間，降低秸稈預(yù)處理成本。本發(fā)明的技術(shù)方案利用農(nóng)作物秸稈兩相厭氧消化過程中水解酸化階段產(chǎn)生的發(fā)酵液進(jìn)行農(nóng)作物秸稈預(yù)處理，所得的發(fā)酵液中含有大量揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)，比如乙酸、丙酸、丁酸等有機(jī)酸。與傳統(tǒng)厭氧消化工藝相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于充分利用水解酸化過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸，對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行酸化預(yù)處理，縮短厭氧消化停留時間，提高消化產(chǎn)氣效率。本發(fā)明可以應(yīng)用于農(nóng)作物秸稈厭氧消化處理工藝的升級改造、新建農(nóng)作物秸稈消化工藝等，經(jīng)推廣后可以提高產(chǎn)甲烷量，減少農(nóng)作物秸稈消化時間，充分利用水解酸化階段產(chǎn)生的有機(jī)酸，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈資源化，產(chǎn)生顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例1秸稈經(jīng)過機(jī)械粉碎后，經(jīng)過風(fēng)干干燥。篩分選取30目粉末與回流的秸稈水解酸化液按照固液比1 10 (質(zhì)量比)混合，預(yù)處理時間Mh。預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加1453mg/L。預(yù)處理后秸稈通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時間 48h，測得秸稈濃度5 %，發(fā)酵液pH值降至3. 46。水解酸化后秸稈通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時間150h，產(chǎn)甲烷量提高67.4%。實(shí)施例2秸稈經(jīng)過機(jī)械粉碎后，經(jīng)過風(fēng)干干燥。篩分選取40目粉末與回流的秸稈水解酸化液按照固液比1 16 (質(zhì)量比)混合，預(yù)處理時間36h。預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加213aiig/L。預(yù)處理后秸稈通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時間 Mh，測得秸稈濃度21. 3%，發(fā)酵液pH值降至3. 03。水解酸化后秸稈通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時間190h，產(chǎn)甲烷量提高74.6%。實(shí)施例3秸稈經(jīng)過機(jī)械粉碎后，經(jīng)過風(fēng)干干燥。篩分選取50目粉末與回流的秸稈水解酸化液按照固液比1 18 (質(zhì)量比)混合，預(yù)處理時間42h。預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加^43mg/L。預(yù)處理后秸稈通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時間 75h，測得秸稈濃度32. 7%，發(fā)酵液pH值降至2. 56。水解酸化后秸稈通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時間200h，產(chǎn)甲烷量提高83.4%。實(shí)施例4秸稈經(jīng)過機(jī)械粉碎后，經(jīng)過風(fēng)干干燥。篩分選取50目粉末與回流的秸稈水解酸化液按照固液比1 20 (質(zhì)量比)混合，預(yù)處理時間12h。預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加M53mg/L。預(yù)處理后秸稈通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時間 50h,測得秸稈濃度34. 5 %，發(fā)酵液pH值降至2. 46。水解酸化后秸稈通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時間100h，產(chǎn)甲烷量提高87.4%。
實(shí)施例5
秸稈經(jīng)過機(jī)械粉碎后，經(jīng)過風(fēng)干干燥。篩分選取30目粉末與回流的秸稈水解酸化液按照固液比1 15 (質(zhì)量比)混合，預(yù)處理時間48h。預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加1538mg/L。預(yù)處理后秸稈通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時間 20h，測得秸稈濃度36. 1%，發(fā)酵液？!1值降至2.36。水解酸化后秸稈通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時間220h，產(chǎn)甲烷量提高86. 7%。
以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用酸化發(fā)酵液回流處理農(nóng)作物秸稈的方法，其特征在于，將農(nóng)作物秸稈進(jìn)行水解酸化，然后將其酸性發(fā)酵液回流對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行酸化預(yù)處理(即酸解)，再將預(yù)處理后的農(nóng)作物秸稈進(jìn)行水解酸化發(fā)酵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用酸化發(fā)酵液回流處理農(nóng)作物秸稈的方法，其特征在于，農(nóng)作物秸稈可選擇使用普通農(nóng)作物秸稈，利用機(jī)械粉碎機(jī)將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸稈存放在通風(fēng)干燥處保存?zhèn)溆?，秸稈粉末尺寸?yōu)選20 50目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用酸化發(fā)酵液回流處理農(nóng)作物秸稈的方法，其特征在于，預(yù)處理時，稱取篩分后秸稈粉末，按照固液質(zhì)量比為(1 10) (1 20)將秸稈浸泡于秸稈水解酸化發(fā)酵液中，酸化預(yù)處理時間優(yōu)選12 48h，優(yōu)選20-40h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用酸化發(fā)酵液回流處理農(nóng)作物秸稈的方法，其特征在于，預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中纖維素等物質(zhì)顯著增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用酸化發(fā)酵液回流處理農(nóng)作物秸稈的方法，其特征在于，將預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化發(fā)酵，經(jīng)預(yù)處理后，農(nóng)作物秸稈水解酸化速度與效率大大加快，經(jīng)水解酸化后，產(chǎn)生大量揮發(fā)性脂肪酸，使發(fā)酵液PH值降至 2-4，秸稈的質(zhì)量百分濃度為20wt% -40wt%，水力停留時間為20-75小時，優(yōu)選30_60h。
6.一種利用如權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)行甲烷生產(chǎn)的方法，其特征在于，將農(nóng)作物秸稈進(jìn)行水解酸化，然后將其酸性發(fā)酵液回流對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行酸化預(yù)處理(即酸解)，再將預(yù)處理后的農(nóng)作物秸稈進(jìn)行水解酸化發(fā)酵，最后利用酸化發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行甲烷生產(chǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的甲烷生產(chǎn)方法，其特征在于，農(nóng)作物秸稈可選擇使用普通農(nóng)作物秸稈，利用機(jī)械粉碎機(jī)將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸稈存放在通風(fēng)干燥處保存?zhèn)溆?，秸稈粉末尺寸?yōu)選20 50目。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的甲烷生產(chǎn)方法，其特征在于，預(yù)處理時，稱取篩分后秸稈粉末，按照固液質(zhì)量比為(1 10) (1 20)將秸稈浸泡于秸稈水解酸化發(fā)酵液中，酸化預(yù)處理時間優(yōu)選12 48h，優(yōu)選20-40h，預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中纖維素等物質(zhì)顯著增加。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的甲烷生產(chǎn)方法，其特征在于，將預(yù)處理后農(nóng)作物秸稈進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化發(fā)酵，經(jīng)預(yù)處理后，農(nóng)作物秸稈水解酸化速度與效率大大加快， 經(jīng)水解酸化后，產(chǎn)生大量揮發(fā)性脂肪酸，使發(fā)酵液PH值降至2-4，秸稈的質(zhì)量百分濃度為 20wt% -40wt%，水力停留時間為20-75小時，優(yōu)選30_60h。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的甲烷生產(chǎn)方法，其特征在于，將水解酸化后的農(nóng)作物秸稈通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段，水力停留時間為100-220小時，優(yōu)選150-200h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用酸化發(fā)酵液回流處理農(nóng)作物秸稈的方法及其應(yīng)用，將農(nóng)作物秸稈進(jìn)行水解酸化，然后將其酸性發(fā)酵液回流對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行酸解預(yù)處理，再將預(yù)處理后的農(nóng)作物秸稈進(jìn)行水解酸化發(fā)酵，最后利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)甲烷。本發(fā)明利用農(nóng)作物秸稈發(fā)酵液對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行酸化預(yù)處理，縮短厭氧消化所需時間，提高產(chǎn)氣量，降低運(yùn)行成本，提供一種農(nóng)作物秸稈發(fā)酵液回流預(yù)處理農(nóng)作物秸稈提高兩相厭氧消化效率的方法。
文檔編號C12P5/02GK102533871SQ20121000530
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者季民, 王拓, 王芬 申請人:天津大學(xué)