公布日：2023.10.17
申请日：2023.09.06
分类号：C12P5/02(2006.01)I
摘要
本发明涉及农业废弃物资源化利用技术领域，尤其是涉及一种强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，包括以下步骤：将玉米秸秆粉碎，进行碱预处理；将碱预处理后的玉米秸秆加入厌氧反应器中，加入接种污泥，之后调节pH值，启动中温厌氧发酵；在中温厌氧发酵启动2天后，添加亚铁盐溶液；中温厌氧发酵启动7天后，再次添加亚铁盐溶液；监测厌氧反应器中挥发性脂肪酸浓度，当挥发性脂肪酸浓度超过3000mg/L，添加钴盐溶液和镍盐溶液，控制挥发性脂肪酸浓度低于1500mg/L。本发明通过采用秸秆预处理协同有机酸快速转化产甲烷，避免秸秆发酵过程产生有机酸累积，对提升秸秆沼气工程产气效率和运行稳定性具有重要推广意义。
权利要求书
1.一种强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将玉米秸秆粉碎，进行碱预处理，碱预处理采用的碱为NaOH或KOH；S2.将步骤S1碱预处理后的玉米秸秆加入厌氧反应器中，加入接种污泥，之后调节pH值，形成发酵液，启动中温厌氧发酵；S3.在中温厌氧发酵启动2天后，添加亚铁盐溶液至发酵液中Fe2+的浓度为50-100mg/L；中温厌氧发酵启动7天后，再次添加亚铁盐溶液，添加至发酵液中Fe2+的浓度为100-500mg/L；S4.监测厌氧反应器中挥发性脂肪酸浓度，当挥发性脂肪酸浓度超过3000mg/L，添加钴盐溶液和镍盐溶液，控制挥发性脂肪酸浓度低于1500mg/L，钴盐溶液中Co2+的浓度为1.0mmol/L，镍盐溶液中Ni2+的浓度为1.12mmol/L；钴盐溶液、镍盐溶液添加量与步骤S2发酵系统中发酵液的体积比为（1-3）：（1-3）：100。
2.根据权利要求1所述的强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，其特征在于，所述玉米秸秆是干黄、黄贮、青贮秸秆中的任意一种，其中干黄玉米秸秆的有机干物质含量为70%-90%，碳氮比为60：1-110：1；青贮玉米秸秆的有机干物质含量为25%-40%，碳氮比为40：1-60：1；黄贮玉米秸秆的有机干物质含量为15%-45%，碳氮比为30：1-50：1。
3.根据权利要求1所述的强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，其特征在于，所述步骤S1中碱添加量为所述玉米秸秆干重的3%-8%。
4.根据权利要求1所述的强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，其特征在于，所述碱预处理的温度为常温或中温，时间为4-7天。
5.根据权利要求1所述的强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，其特征在于，所述步骤S2中接种污泥取自运行稳定的沼气工程，接种污泥中有机干物质总质量与步骤S1中玉米秸秆中有机干物质总质量的质量比为1-2：1。
6.根据权利要求1所述的强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，其特征在于，所述步骤S2调节pH值至6.5-8.0，启动中温厌氧发酵的发酵温度为37-40℃。
7.根据权利要求1所述的强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，其特征在于，所述步骤S3中亚铁盐溶液采用FeCl2·4H2O的水溶液。
8.根据权利要求1所述的强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，其特征在于，所述步骤S4中钴盐溶液采用CoCl2·6H2O或CoSO4·7H2O的水溶液中的一种，镍盐溶液采用NiCl2·6H2O的水溶液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，该方法通过采用秸秆预处理协同有机酸快速转化产甲烷，避免秸秆发酵过程产生有机酸累积，解决了上述问题。
本发明提供的一种强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，包括以下步骤：
S1.将玉米秸秆粉碎，粉碎至粒径≤3cm，进行碱预处理；
S2.将步骤S1碱预处理后的玉米秸秆加入厌氧反应器中，加入接种污泥，之后调节pH值，形成发酵液，启动中温厌氧发酵；本步骤中调节pH值至接近中性，该pH值为后续中温厌氧发酵的初始pH值，
S3.在中温厌氧发酵启动2天后，添加亚铁盐溶液；中温厌氧发酵启动7天后，再次添加亚铁盐溶液；
S4.监测厌氧反应器中挥发性脂肪酸浓度，当挥发性脂肪酸浓度超过3000mg/L，添加钴盐溶液和镍盐溶液，控制挥发性脂肪酸浓度低于1500mg/L。
采用上述步骤添加铁、钴、镍元素，能够有效避免在碱性条件下形成沉淀，防止失去其生物有效性和应有的作用，有效的保证了提升产甲烷活性的效果。
优选地，所述玉米秸秆是干黄、黄贮、青贮秸秆中的任意一种，其中干黄玉米秸秆的有机干物质含量为70%-90%，碳氮比为60：1-110：1；青贮玉米秸秆的有机干物质含量为25%-40%，碳氮比为40：1-60：1；黄贮玉米秸秆的有机干物质含量为15%-45%，碳氮比为30：1-50：1。
优选地，所述步骤S1中碱预处理采用的碱为NaOH或KOH，碱添加量为所述玉米秸秆干重的3%-8%。
优选地，所述碱预处理的温度为常温（10-25℃）或中温（35-40℃），时间为4-7天。
优选地，所述步骤S2中接种污泥取自运行稳定的沼气工程，可取自运行稳定的厌氧消化反应器，接种污泥中有机干物质总质量与步骤S1中玉米秸秆中有机干物质总质量的质量比为1-2：1，即VS污泥：VS秸秆=1-2：1。
优选地，所述步骤S2调节pH值至6.5-8.0，启动中温厌氧发酵的发酵温度为37-40℃。
优选地，所述步骤S3中在中温厌氧发酵启动2天后，添加亚铁盐溶液至发酵液中Fe2+的浓度为50-100mg/L；中温厌氧发酵启动7天后，再次添加亚铁盐溶液，添加至发酵液中Fe2+的浓度为100-500mg/L。
优选地，所述步骤S3中亚铁盐溶液采用FeCl2·4H2O的水溶液。
优选地，所述步骤S4中钴盐溶液中Co2+的浓度为1.0mmol/L，镍盐溶液中Ni2+的浓度为1.12mmol/L；钴盐溶液、镍盐溶液添加量与步骤S2发酵系统中发酵液的体积比为（1-3）：（1-3）：100。
优选地，所述步骤S4中钴盐溶液采用CoCl2·6H2O或CoSO4·7H2O的水溶液中的一种，镍盐溶液采用NiCl2·6H2O的水溶液。
有益效果：
本发明提供了一种强化秸秆厌氧水解产甲烷的方法，该方法通过采用秸秆预处理协同有机酸快速转化产甲烷，避免秸秆发酵过程产生有机酸累积；其中采用碱预处理提高了秸秆木质纤维素的水解效率，之后在发酵过程中添加铁元素，强化了有机酸的甲烷化过程，提高了厌氧消化产甲烷的速率，基于发酵系统中挥发性脂肪酸浓度，添加相应含量的钴盐溶液和镍盐溶液，在保障秸秆高效水解的同时，避免了有机酸的累积，进一步实现了采用秸秆高效产甲烷。
本发明提供的方法对提升秸秆沼气工程产气效率和运行稳定性具有重要推广意义和应用前景。
（发明人：张万钦;马宗虎;刘钟毓;陈冠英;李剑;陈祎;沈明忠;刘磊;张廷军）