專利名稱：一種利用酸化發酵液回流處理農作物秸稈的方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于生物質能源化領域，更加具體地說，主要涉及一種利用農作物秸稈酸化發酵液回流處理秸稈的方法。
背景技術：
污水廠污泥在填埋之前需要進行穩定化處理，厭氧消化是一種有效的方法，同時厭氧消化還因其能夠產生能源而引起越來越多的重視。厭氧消化可以達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，這主要是細胞壁保護細胞免受滲透裂解，進而阻礙了細胞內物質的消化。酸預處理是一種有效的促進厭氧消化的手段，主要是對細胞壁的破解作用，表現在消化時間縮短，產氣量增加。一般的預處理方法有化學氧化(臭氧氧化等)，物理方法(熱解等)、超聲波等。但同時我國每年農作物秸稈產量巨大，秸稈可以作為一種資源加以利用，但是在我國的廣大農村地區，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，因而合理高效利用秸稈資源已經成為整個社會關注的問題。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，利用農作物秸稈發酵液對農作物秸稈進行酸化預處理，縮短厭氧消化所需時間，提高產氣量，降低運行成本，提供一種農作物秸稈發酵液回流預處理農作物秸稈提高兩相厭氧消化效率的方法。本發明的目的通過下述技術方案予以實現一種利用酸化發酵液回流處理農作物秸稈的方法，將農作物秸稈進行水解酸化， 然后將其酸性發酵液回流對農作物秸稈進行酸化預處理(即酸解)，再將預處理后的農作物秸稈進行水解酸化發酵。可利用本發明的方法處理的農作物秸稈產物進行甲烷的生產。其中農作物秸稈可選擇使用普通農作物秸稈(例如農作物玉米秸稈)，利用機械粉碎機將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸稈存放在通風干燥處保存備用，秸稈粉末尺寸優選20 50目。本發明的技術方案利用農作物秸稈在兩相厭氧消化過程中水解酸化階段產生的發酵液進行農作物秸稈預處理，所得的發酵液中含有大量揮發性脂肪酸(VFAs)，比如乙酸、 丙酸、丁酸等有機酸。預處理時間12 48h，優選20-40h ；預處理所用為秸稈水解酸化發酵液。預處理時，稱取篩分后秸稈粉末，按照固液質量比為(1 10) (1 20)將秸稈浸泡于發酵液中。預處理后農作物秸稈液相中總化學需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中纖維素等物質顯著增加。將預處理后農作物秸稈進入水解酸化池進行水解酸化發酵，經預處理后，農作物秸稈水解酸化速度與效率大大加快，經水解酸化后，產生大量揮發性脂肪酸，使發酵液PH 值降至2-4。此階段秸稈的質量百分濃度為20wt% -40wt%，水力停留時間為20-75小時，優選 30-60h。最后將水解酸化后的農作物秸稈通過污泥泵進入產甲烷池，進入產甲烷階段。此階段水力停留時間為100-220小時，優選150-200h。利用本發明的技術方案，可使甲烷產量提高50% -90% ；提高厭氧消化產氣量，減少厭氧產甲烷階段所需時間，降低秸稈預處理成本。本發明的技術方案利用農作物秸稈兩相厭氧消化過程中水解酸化階段產生的發酵液進行農作物秸稈預處理，所得的發酵液中含有大量揮發性脂肪酸(VFAs)，比如乙酸、丙酸、丁酸等有機酸。與傳統厭氧消化工藝相比，本發明的優點在于充分利用水解酸化過程中產生的揮發性脂肪酸，對農作物秸稈進行酸化預處理，縮短厭氧消化停留時間，提高消化產氣效率。本發明可以應用于農作物秸稈厭氧消化處理工藝的升級改造、新建農作物秸稈消化工藝等，經推廣后可以提高產甲烷量，減少農作物秸稈消化時間，充分利用水解酸化階段產生的有機酸，實現農作物秸稈資源化，產生顯著的環境效益和經濟效益。


圖1為本發明的方法流程圖。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發明的技術方案。實施例1秸稈經過機械粉碎后，經過風干干燥。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 (質量比)混合，預處理時間Mh。預處理后農作物秸稈液相中總化學需氧量(TCOD)增加1453mg/L。預處理后秸稈通過污泥泵進入水解酸化池，水力停留時間 48h，測得秸稈濃度5 %，發酵液pH值降至3. 46。水解酸化后秸稈通過污泥泵進入產甲烷池，水力停留時間150h，產甲烷量提高67.4%。實施例2秸稈經過機械粉碎后，經過風干干燥。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 (質量比)混合，預處理時間36h。預處理后農作物秸稈液相中總化學需氧量(TCOD)增加213aiig/L。預處理后秸稈通過污泥泵進入水解酸化池，水力停留時間 Mh，測得秸稈濃度21. 3%，發酵液pH值降至3. 03。水解酸化后秸稈通過污泥泵進入產甲烷池，水力停留時間190h，產甲烷量提高74.6%。實施例3秸稈經過機械粉碎后，經過風干干燥。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 (質量比)混合，預處理時間42h。預處理后農作物秸稈液相中總化學需氧量(TCOD)增加^43mg/L。預處理后秸稈通過污泥泵進入水解酸化池，水力停留時間 75h，測得秸稈濃度32. 7%，發酵液pH值降至2. 56。水解酸化后秸稈通過污泥泵進入產甲烷池，水力停留時間200h，產甲烷量提高83.4%。實施例4秸稈經過機械粉碎后，經過風干干燥。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 (質量比)混合，預處理時間12h。預處理后農作物秸稈液相中總化學需氧量(TCOD)增加M53mg/L。預處理后秸稈通過污泥泵進入水解酸化池，水力停留時間 50h,測得秸稈濃度34. 5 %，發酵液pH值降至2. 46。水解酸化后秸稈通過污泥泵進入產甲烷池，水力停留時間100h，產甲烷量提高87.4%。
實施例5
秸稈經過機械粉碎后，經過風干干燥。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 (質量比)混合，預處理時間48h。預處理后農作物秸稈液相中總化學需氧量(TCOD)增加1538mg/L。預處理后秸稈通過污泥泵進入水解酸化池，水力停留時間 20h，測得秸稈濃度36. 1%，發酵液？!1值降至2.36。水解酸化后秸稈通過污泥泵進入產甲烷池，水力停留時間220h，產甲烷量提高86. 7%。
以上對本發明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種利用酸化發酵液回流處理農作物秸稈的方法，其特征在于，將農作物秸稈進行水解酸化，然后將其酸性發酵液回流對農作物秸稈進行酸化預處理(即酸解)，再將預處理后的農作物秸稈進行水解酸化發酵。
2.根據權利要求1所述的一種利用酸化發酵液回流處理農作物秸稈的方法，其特征在于，農作物秸稈可選擇使用普通農作物秸稈，利用機械粉碎機將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸稈存放在通風干燥處保存備用，秸稈粉末尺寸優選20 50目。
3.根據權利要求1所述的一種利用酸化發酵液回流處理農作物秸稈的方法，其特征在于，預處理時，稱取篩分后秸稈粉末，按照固液質量比為(1 10) (1 20)將秸稈浸泡于秸稈水解酸化發酵液中，酸化預處理時間優選12 48h，優選20-40h。
4.根據權利要求1所述的一種利用酸化發酵液回流處理農作物秸稈的方法，其特征在于，預處理后農作物秸稈液相中總化學需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中纖維素等物質顯著增加。
5.根據權利要求1所述的一種利用酸化發酵液回流處理農作物秸稈的方法，其特征在于，將預處理后農作物秸稈進入水解酸化池進行水解酸化發酵，經預處理后，農作物秸稈水解酸化速度與效率大大加快，經水解酸化后，產生大量揮發性脂肪酸，使發酵液PH值降至 2-4，秸稈的質量百分濃度為20wt% -40wt%，水力停留時間為20-75小時，優選30_60h。
6.一種利用如權利要求1所述的方法進行甲烷生產的方法，其特征在于，將農作物秸稈進行水解酸化，然后將其酸性發酵液回流對農作物秸稈進行酸化預處理(即酸解)，再將預處理后的農作物秸稈進行水解酸化發酵，最后利用酸化發酵產物進行甲烷生產。
7.根據權利要求6所述的甲烷生產方法，其特征在于，農作物秸稈可選擇使用普通農作物秸稈，利用機械粉碎機將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸稈存放在通風干燥處保存備用，秸稈粉末尺寸優選20 50目。
8.根據權利要求6所述的甲烷生產方法，其特征在于，預處理時，稱取篩分后秸稈粉末，按照固液質量比為(1 10) (1 20)將秸稈浸泡于秸稈水解酸化發酵液中，酸化預處理時間優選12 48h，優選20-40h，預處理后農作物秸稈液相中總化學需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中纖維素等物質顯著增加。
9.根據權利要求6所述的甲烷生產方法，其特征在于，將預處理后農作物秸稈進入水解酸化池進行水解酸化發酵，經預處理后，農作物秸稈水解酸化速度與效率大大加快， 經水解酸化后，產生大量揮發性脂肪酸，使發酵液PH值降至2-4，秸稈的質量百分濃度為 20wt% -40wt%，水力停留時間為20-75小時，優選30_60h。
10.根據權利要求6所述的甲烷生產方法，其特征在于，將水解酸化后的農作物秸稈通過污泥泵進入產甲烷池，進入產甲烷階段，水力停留時間為100-220小時，優選150-200h。
全文摘要
本發明公開了一種利用酸化發酵液回流處理農作物秸稈的方法及其應用，將農作物秸稈進行水解酸化，然后將其酸性發酵液回流對農作物秸稈進行酸解預處理，再將預處理后的農作物秸稈進行水解酸化發酵，最后利用農作物秸稈生產甲烷。本發明利用農作物秸稈發酵液對農作物秸稈進行酸化預處理，縮短厭氧消化所需時間，提高產氣量，降低運行成本，提供一種農作物秸稈發酵液回流預處理農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 優先權日2012年1月9日
發明者季民, 王拓, 王芬 申請人:天津大學