一種NaOH預(yù)處理木薯渣厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種NaOH預(yù)處理木薯渣厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法。將木薯渣干燥揉碎后，經(jīng)過(guò)NaOH預(yù)處理制得發(fā)酵原料，再用干燥揉碎的木薯渣馴化污泥制得接種污泥，然后將制得的發(fā)酵原料、接種污泥和水按照30%的接種率混合均勻，用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值為7，最后置于35±2℃的恒溫水浴箱中厭氧發(fā)酵40天，即完成沼氣制備過(guò)程。本發(fā)明方法通過(guò)將農(nóng)業(yè)廢棄物的木薯渣經(jīng)過(guò)NaOH預(yù)處理，破壞了木質(zhì)纖維素內(nèi)部組織，將纖維素從木質(zhì)素和纖維素包裹中釋放出來(lái)，加速了纖維素的降解，提高了木薯渣日產(chǎn)氣量、總產(chǎn)氣量和原料的利用率，解決了木薯渣厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量低下的問(wèn)題，具有工藝簡(jiǎn)易、產(chǎn)氣量大等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種NaOH預(yù)處理木薯渣厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源利用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種NaOH預(yù)處理木薯渣厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]世界三大薯類(lèi)之一的木薯，也是僅次于水稻、甘薯、甘蔗和玉米的第五大作物，它廣泛栽培于亞熱帶和熱帶地區(qū)，現(xiàn)廣泛分布于中國(guó)華南地區(qū)，廣西是我國(guó)木薯主產(chǎn)區(qū)之一，木薯種植面積和產(chǎn)量約占全國(guó)的1/3以上，居全國(guó)首位，2008年種植面積為22.15萬(wàn)hm2，占全國(guó)總種植面積的60%;產(chǎn)量為433.08萬(wàn)t，占全國(guó)總產(chǎn)量的61.5% ;廣東居全國(guó)第二位，2008年種植面積為8.56萬(wàn)hm2，占全國(guó)的22.9%，產(chǎn)量為158.89萬(wàn)t，占全國(guó)的22.6%。據(jù)相關(guān)報(bào)道:我國(guó)的木薯每年約有600萬(wàn)t的產(chǎn)量，且每年以30%左右的比例增長(zhǎng)。
[0003]木薯含有大量的淀粉，被廣泛用于制取淀粉及作為發(fā)酵生產(chǎn)酒精的原料。隨著中國(guó)對(duì)淀粉需求的增加及木薯制取燃料乙醇、木薯深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)于木薯的需求也隨之增加。因提取淀粉而產(chǎn)生的大量固體殘?jiān)衫w維素和未被提取的淀粉組成。在我國(guó)每年加工木薯成為木薯淀粉產(chǎn)品后的木薯渣有30萬(wàn)噸，加上加工酒精等其它產(chǎn)品后的木薯渣總計(jì)達(dá)150萬(wàn)噸。大量的木薯渣被廢棄，不僅造成資源浪費(fèi)，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，因而為木薯渣的綜合利用尋求另外的出路已顯得尤為重要。木薯渣中含有淀粉，纖維素，蛋白質(zhì)等有機(jī)物，因此這些生物質(zhì)類(lèi)農(nóng)業(yè)廢棄物具有相對(duì)較高的生物降解性，通常不含有有毒有害的物質(zhì)，可統(tǒng)一收集處理。因此，對(duì)以木薯渣為代表的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物可以采用厭氧發(fā)酵處理制取清潔的生物 質(zhì)能源，不但可避免資源的浪費(fèi)，同時(shí)減輕了對(duì)環(huán)境的污染。此外，沼液沼渣里含有豐富的氨基酸和微量元素，經(jīng)過(guò)處理可作為飼料和飼料添加劑，還可以作為有機(jī)肥。
[0004]木薯渣中除了含有少量淀粉外還含有大量難降解的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，并組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要成分纖維素是結(jié)構(gòu)緊密的結(jié)晶體，而且纖維素好半纖維素被木質(zhì)素包裹。阻礙了纖維素酶與纖維素的接觸，使得降解過(guò)程緩慢，不易被厭氧菌消化，造成厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣低，經(jīng)濟(jì)效益差，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)沼氣的困難。針對(duì)這一問(wèn)題，主要通過(guò)各種預(yù)處理方法(物理法、化學(xué)法和生物法)對(duì)木薯渣進(jìn)行發(fā)酵前預(yù)處理，破壞木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)，來(lái)破壞原料中木質(zhì)素結(jié)構(gòu)來(lái)提高微生物消化性能、產(chǎn)氣率和經(jīng)濟(jì)性。其中利用化學(xué)方法破壞木質(zhì)纖維素的共價(jià)鍵，該法可使纖維素、半纖維素和木質(zhì)素膨脹并破話其結(jié)晶性，使纖維素溶解并降解，可增加其消化性，提高其分解率。
[0005]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?201110342696.2，發(fā)明名稱(chēng)為:一種NaOH預(yù)處理蘆筍秸桿制取沼氣的方法，該專(zhuān)利自述為:蘆筍秸桿采收、粉碎、接種污泥的準(zhǔn)備、NaOH預(yù)處理、PH調(diào)節(jié)及沼氣發(fā)酵等過(guò)程，其優(yōu)點(diǎn):與現(xiàn)有技術(shù)相比，蘆筍經(jīng)過(guò)NaOH預(yù)處理，破壞了木質(zhì)纖維素內(nèi)部組織，將纖維素從木質(zhì)素和半纖維素的包裹中釋放出來(lái)，加速了纖維素的降解，提高了蘆筍秸桿的可生化性、產(chǎn)氣潛力和經(jīng)濟(jì)性。該技術(shù)不足在于:需要人工采收，浪費(fèi)人力和物力，同時(shí)需要電動(dòng)粉碎機(jī)對(duì)其經(jīng)行粉碎，消耗能源，增加處理成本。目前大多采用NaOH對(duì)農(nóng)作物秸桿類(lèi)進(jìn)行預(yù)處理后制取沼氣，而對(duì)農(nóng)業(yè)加工的副產(chǎn)物——木薯渣類(lèi)農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行NaOH預(yù)處理并制取沼氣的研究尚未報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種NaOH預(yù)處理木薯渣厭氧消化制備沼氣的方法。
[0007]本發(fā)明的思路:通過(guò)NaOH預(yù)處理木薯渣，能夠?qū)⑻幚砗蟮哪臼碓芏茸兇?，更易于沉入發(fā)酵瓶底部，有利于微生物和木薯渣充分接觸，提高原料利用率及產(chǎn)氣量，使木薯渣資源化、能源化和無(wú)害化。
[0008]具體步驟為:
(I)取濕木薯渣后經(jīng)過(guò)壓榨脫水、晾曬、熱風(fēng)機(jī)烘干后經(jīng)研缽結(jié)塊揉碎，置于60°C的恒溫烘箱中烘干8小時(shí)至恒重，所得產(chǎn)物置于4°C的冰箱冷藏備用。
[0009](2)采用質(zhì)量百分比濃度為0.的NaOH溶液按照1:10的固液比密閉浸泡步驟⑴制得的產(chǎn)物，浸泡條件設(shè)置為:在恒溫氣浴室中8(T120°C下浸泡3小時(shí)，然后將浸泡的產(chǎn)物取出用蒸餾水洗滌至中性，制得的發(fā)酵原料在60°C下烘干備用。
[0010](3)將取自正常的發(fā)酵產(chǎn)沼氣系統(tǒng)的發(fā)酵殘余物、污水處理廠發(fā)酵的顆粒污泥或者污水處理廠厭氧段的顆粒污泥用步驟(1)制得的產(chǎn)物馴化一個(gè)月，制得的混合物即為接種污泥。
[0011](4)將步驟( 2)制得的發(fā)酵原料與步驟(3)制得的接種污泥按照30%的接種率混合，使得發(fā)酵原料、接種污泥和水混合均勻，其中發(fā)酵混合物總固體含量為10%，并用5mol/L的鹽酸和5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)發(fā)酵混合物的pH值至7.0，最后置于35±2°C的恒溫水浴箱中厭氧發(fā)酵40天，即完成沼氣制備過(guò)程。
[0012]所述濕木薯渣為取自木薯淀粉廠產(chǎn)生的木薯淀粉殘?jiān)鼜U物。
[0013]本發(fā)明方法充分實(shí)現(xiàn)了木薯淀粉提取后所剩下木薯渣的農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化、減量化和無(wú)害化的利用，將構(gòu)成環(huán)境污染的農(nóng)業(yè)廢棄物木薯渣轉(zhuǎn)化為清潔的生物質(zhì)能源——沼氣，實(shí)現(xiàn)了木薯渣的循環(huán)再利用和減量化生產(chǎn)。本發(fā)明通過(guò)將農(nóng)業(yè)廢棄物的木薯渣經(jīng)過(guò)NaOH預(yù)處理，破壞了木質(zhì)纖維素內(nèi)部組織，將纖維素從木質(zhì)素和纖維素包裹中釋放出來(lái)，加速了纖維素的降解，提高了木薯渣日產(chǎn)氣量、總產(chǎn)氣量和原料的利用率，解決了木薯渣厭氧發(fā)酵低下的問(wèn)題，具有工藝簡(jiǎn)易、產(chǎn)氣量大等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例:
本實(shí)施例所用的濕木薯渣為取自廣西壯族自治區(qū)某市某木薯淀粉廠的木薯淀粉殘?jiān)鼜U物。
[0015](I)取濕木薯渣后經(jīng)過(guò)壓榨脫水、晾曬、熱風(fēng)機(jī)烘干后經(jīng)研缽結(jié)塊揉碎，置于60°C的恒溫烘箱中烘干8小時(shí)至恒重，所得產(chǎn)物置于4°C的冰箱冷藏備用。
[0016]表1所得產(chǎn)物的理化特性(質(zhì)量分?jǐn)?shù))
【權(quán)利要求】
1.一種NaOH預(yù)處理木薯渣厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法，其特征在于具體步驟為: (1)取濕木薯渣后經(jīng)過(guò)壓榨脫水、晾曬、熱風(fēng)機(jī)烘干后經(jīng)研缽結(jié)塊揉碎，置于60°C的恒溫烘箱中烘干8小時(shí)至恒重，所得產(chǎn)物置于4°C的冰箱冷藏備用； (2)采用質(zhì)量百分比濃度為0.的NaOH溶液按照1:10的固液比密閉浸泡步驟(1)制得的產(chǎn)物，浸泡條件設(shè)置為:在恒溫氣浴室中8(T12(TC下浸泡3小時(shí)，然后將浸泡的產(chǎn)物取出用蒸餾水洗滌至中性，制得的發(fā)酵原料在60°C下烘干備用； (3)將取自正常的發(fā)酵產(chǎn)沼氣系統(tǒng)的發(fā)酵殘余物、污水處理廠發(fā)酵的顆粒污泥或者污水處理廠厭氧段的顆粒污泥用步驟(1)制得的產(chǎn)物馴化一個(gè)月，制得的混合物即為接種污泥； (4)將步驟(2)制得的發(fā)酵原料與步驟(3)制得的接種污泥按照30%的接種率混合，使得發(fā)酵原料、接種污泥和水混合均勻，其中發(fā)酵混合物總固體含量為10%，并用5mol/L的鹽酸和5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)發(fā)酵混合物的pH值至7.0，最后置于35±2°C的恒溫水浴箱中厭氧發(fā)酵40天，即完成沼氣制備過(guò)程； 所述濕木薯渣為取自 木薯淀粉廠產(chǎn)生的木薯淀粉殘?jiān)鼜U物。
【文檔編號(hào)】C12P5/02GK103966265SQ201410208065
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月18日
【發(fā)明者】徐浚洋, 張軍, 王敦球, 周宸宇, 盛媛, 秦艷敏 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)