一种氨预处理小麦秸秆发酵产沼气的方法
专利名称:一种氨预处理小麦秸秆发酵产沼气的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种农业生产技术领域：
的方法，具体是一种氨预处理小麦秸杆制取沼气的方法。
背景技术：
我国的北部是种植小麦的主要地区，在种植小麦的同时每年会产生大量的小麦秸杆，大部分的小麦秸杆被随意丢弃或者直接焚烧，造成极大的环境污染，也造成了资源的浪费。如何解决农村随意丢弃、焚烧小麦秸杆带来的环境问题、提高资源的利用效率，已成为新农村建设的一项重要课题。利用小麦秸杆制取沼气，不仅可以解决北方农村沼气池原料缺乏问题，还可以从根源上减少小麦秸杆焚烧带来的环境问题，使资源得到有效的利用 ’另夕卜，通过沼气厌氧发酵杀灭了小麦秸杆上携带的病菌虫卵，避免了小麦秸杆直接还田引发的作物病虫害问题。此外，沼液沼渣中含有丰富的氨基酸，氮，磷，钾和微量元素，是良好的饲料和饲料添加剂，还可作为优质有机肥。沼液和沼渣在先前的有关报道中具有杀虫防病害的作用。
截止到目前为止，针对农村剩余小麦秸杆处理的方法有很多。比如说利用秸杆进行养殖蘑菇等真菌，对秸杆进行处理用来充当畜禽的饲料，还有通过一些化学途径处理后用以其他用途。但是这些途径从根本上不能解决小麦秸杆的剩余问题，而利用小麦秸杆发酵产沼气，使生物质 资源得以转化，直接为农民所利用是一个切实可行的办法。但是到目前为止，利用秸杆制取沼气尚有许多技术难题没有解决，还不能全面推广。由于秸杆中含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等，三种物质在秸杆中成晶状构型，很难被降解，主要成分纤维素是结构紧密的结晶体，而且纤维素和半纤维素被木质素包裹。如果直接用秸杆来发酵产沼气，则会出现发酵启动慢、发酵时间长、产气率低、秸杆利用率低，容易结扎结壳等问题。而秸杆预处理的主要作用使纤维素、半纤维素与木质素分离开，增加污泥中微生物与纤维素的可接触面积，从而提高发酵的效率。将秸杆预处理后再发酵，则可提高产气率，缩短启动时间；同时，预处理后的原料密度变大，原料进料后很快下沉到发酵池底，有利于发酵过程中发酵微生物与原料充分接触，也解决了沼气发酵时浮渣结壳问题。
公开号为102154374A的中国发明专利，名称为酸预处理水稻秸杆制取沼气的方法(申请号:201010618326.2申请日:2010-12-30)，该专利提供了一种农业生产技术领域：
的酸预处理水稻秸杆制取沼气的方法，通过将水稻秸杆经酸预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气。但是，经过酸化后的秸杆应用到厌氧发酵的过程中，容易产生糠醛等抑制物，抑制厌氧发酵的进行。此外，酸预处理的成本过高，厌氧发酵周期过长，不适合实际工程的利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，解决了小麦秸杆发酵中效率低下的问题，降低了成本。[0006]本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明通过将小麦秸杆氨处理后进行完全混合式厌氧发酵来产沼气。
所述的小麦秸杆是指:经洗净并在自然晾干后切成2-3cm长的小段的小麦秸杆。
所述的氨预处理是指:采用浓度为30g/L_50g/L的尿素溶液,按照小麦稻杆的质量与尿素溶液的体积比例为50g: 200ml混合，并密封置于30°C的温度下处理。
所述密封置于30°C的温度下处理时间为25天。
所述的完全混合式厌氧发酵是指:将氨处理过后的小麦秸杆置于采酵罐中后调节碳氮比为20: I 30: 1，加入采酵罐中总发酵液质量的30%的接种物后，调节初始pH值至7.0，最后置于恒温水浴中厌氧发酵。
所述的调节碳氮比是指:采用碳酸氢铵进行调节。
所述调节初始pH值至7.0是指:用5mol/L的HCL调节初始pH值至7.0。
所述的恒温水浴是指:在38°C环境下恒温搅拌，搅拌速度为100转/分钟。
所述厌氧发酵时间为25天。
所述接种物为活性污泥，取自正常发酵的沼气系统的发酵残余物。
本发明提高了小麦秸杆资源化、能源化和无害化的效率，将构成环境污染的小麦秸杆转化成一种优质可观的 清洁能源，处理小麦秸杆操作简单，并且费用低廉，需要的条件温和，与直接利用小麦秸杆进行沼气发酵相比，提高了总产气量、日产气量和原料的利用率，产气更加稳定，并且在发酵过程避免出现浮渣结壳现象，解决了小麦秸杆发酵中效率低下的问题。与背景技术的技 术相比，发酵启动时间和发酵周期大为缩短，通过试验验证得出采用氨处理的小麦秸杆 在进行厌氧发酵的系统中，pH始终维持在7 8之间，对发酵液的酸化有很好的调节作用。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例中所采用的发酵装置由发酵瓶、集气瓶、收集瓶、恒温水浴振荡器等部分组成，其发酵瓶为IOOOmL的三角瓶，瓶上用大小合适的硅胶塞塞上密封，在硅胶塞上钻两个空，一个分别接上两根大小合适的玻璃管，一根与集气瓶的导管连接，另一根作为取样管。集气瓶为IOOOmL的三角瓶，瓶中装满饱和食盐水，瓶上用大小合适的硅胶塞塞上密封，在娃胶塞上钻两个空，一个分别接上两根大小合适的玻璃管，一长一短，长的伸入液面以下与后面的收集瓶相连，短管与前面的发酵瓶相连，收集瓶为IOOOmL普通玻璃瓶，连接管均用OSmm的硅胶管，并用凡士林密封。当发酵瓶中产生沼气后，气体通过导管进入集气瓶中，由于气压比集气瓶大，故将液体压出进入收集瓶，通过测量收集瓶中液体的体积，就得到产气的体积。
本实施例具体实施步骤如下:
(I)将原料洗净，并在自然条件下晾干，将其切成2 3cm的小段；
(2)取步骤(I)所得的原料50g加入到塑料桶中，加入浓度为30g/L，35g/L，40g/L，45g/L，50g/L的尿素溶液，其中小麦秸杆的质量与尿素溶液的体积比例为50g: 200ml。同时设置对照组(加入200ml蒸馏水不加尿素溶液)，然后在塑料桶上铺上保鲜膜，盖上盖子，放置于30°C的温度下处理25天；
(3)测得步骤⑵所得原料的TS，设置加入秸杆的质量使秸杆的TS为48g，投入到发酵装置中，加入接种物240g和相应质量的蒸馏水，其中接种物的量占总发酵液质量的30%，发酵料液质量浓度为6%，其中总发酵液的质量为800g ;本实施例中接种物为活性污泥，取自上海市崇明岛前卫村以猪粪为发酵原料正常发酵的沼气系统的发酵残余物，其总固体含量质量分数为10.47%，含水率质量分数为89.53%。
(4)调节步骤⑶中原料的碳氮比分别为20: 1,25: 1,30: I ；
(5)对步骤⑷的原料用5mol/L的HCL调节初始pH值至7.0 ；
(6)密封发酵装置，并将其置于恒温水浴中厌氧发酵25天，温度控制在38°C，并将发酵装置与排水装置连接，并进行连续搅拌，搅拌速度为100转/分钟；
(7)采用排水法测沼气的体积，并每天用量筒测量气体体积，每5天取一次气样检测其甲烷的含量。
上述实施例效果为:在总产气时间为30天中，氨处理浓度为30g/L，35g/L，40g/L，45g/L，50g/L 五组发酵产气总体积分别为 9121ml、8043ml、7045ml、8097ml、8359ml，对照组气体总体积为6003ml，其中30g/L的处理组为最高，其平均日产气量为304mL，最高甲烷含量为53%。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显 而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求
来限定。
权利要求
1.一种氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征在于，通过将小麦秸杆经氨预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气； 所述的氨预处理是指:采用浓度为30g/L-50g/L的尿素溶液，按照小麦秸杆的质量与尿素溶液的体积比例为50g: 200ml混合，并密封置于30°C的温度下处理25天； 所述的完全混合式厌氧发酵是指:将氨预处理过后的小麦秸杆置于采酵罐中后调节碳氮比为20:1 30:1，加入采酵罐中总发酵液质量的30%的接种物后，调节初始pH值至7.0，最后置于38°C恒温水浴中厌氧发酵25天。
2.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的小麦秸杆是指:经洗净并在自然晾干后切成2-3cm长的小段的小麦秸杆。
3.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的调节碳氮比是指:采用碳酸氢铵进行调节。
4.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述调节初始PH值至7.0是指:用5mol/L的HCL调节初始pH值至7.0。
5.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的恒温水浴是指:在38°C环境下恒温搅拌，搅拌速度为100转/分钟。
6.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述接种物为活性污泥，取自正常发酵 的沼气系统的发酵残余物。
专利摘要
本发明公开一种农业生产技术领域：
的氨预处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，通过将小麦秸秆经预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气。本发明实现利用小麦秸秆高效稳定的制取沼气。它的特点是原料利用率高，产气稳定，产气量大，并且在发酵过程中不易出现浮渣结壳现象，实现了将小麦秸秆资源化、能源化和无害化。
文档编号C12P5/02GKCN102399825 B发布类型授权 专利申请号CN 201110344086
公开日2013年9月25日 申请日期2011年11月3日
发明者刘荣厚, 吴晋锴, 孙辰, 崔婷婷, 吴小武 申请人:上海交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
技术领域：
本发明涉及的是一种农业生产技术领域：
的方法，具体是一种氨预处理小麦秸杆制取沼气的方法。
背景技术：
我国的北部是种植小麦的主要地区，在种植小麦的同时每年会产生大量的小麦秸杆，大部分的小麦秸杆被随意丢弃或者直接焚烧，造成极大的环境污染，也造成了资源的浪费。如何解决农村随意丢弃、焚烧小麦秸杆带来的环境问题、提高资源的利用效率，已成为新农村建设的一项重要课题。利用小麦秸杆制取沼气，不仅可以解决北方农村沼气池原料缺乏问题，还可以从根源上减少小麦秸杆焚烧带来的环境问题，使资源得到有效的利用 ’另夕卜，通过沼气厌氧发酵杀灭了小麦秸杆上携带的病菌虫卵，避免了小麦秸杆直接还田引发的作物病虫害问题。此外，沼液沼渣中含有丰富的氨基酸，氮，磷，钾和微量元素，是良好的饲料和饲料添加剂，还可作为优质有机肥。沼液和沼渣在先前的有关报道中具有杀虫防病害的作用。
截止到目前为止，针对农村剩余小麦秸杆处理的方法有很多。比如说利用秸杆进行养殖蘑菇等真菌，对秸杆进行处理用来充当畜禽的饲料，还有通过一些化学途径处理后用以其他用途。但是这些途径从根本上不能解决小麦秸杆的剩余问题，而利用小麦秸杆发酵产沼气，使生物质 资源得以转化，直接为农民所利用是一个切实可行的办法。但是到目前为止，利用秸杆制取沼气尚有许多技术难题没有解决，还不能全面推广。由于秸杆中含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等，三种物质在秸杆中成晶状构型，很难被降解，主要成分纤维素是结构紧密的结晶体，而且纤维素和半纤维素被木质素包裹。如果直接用秸杆来发酵产沼气，则会出现发酵启动慢、发酵时间长、产气率低、秸杆利用率低，容易结扎结壳等问题。而秸杆预处理的主要作用使纤维素、半纤维素与木质素分离开，增加污泥中微生物与纤维素的可接触面积，从而提高发酵的效率。将秸杆预处理后再发酵，则可提高产气率，缩短启动时间；同时，预处理后的原料密度变大，原料进料后很快下沉到发酵池底，有利于发酵过程中发酵微生物与原料充分接触，也解决了沼气发酵时浮渣结壳问题。
公开号为102154374A的中国发明专利，名称为酸预处理水稻秸杆制取沼气的方法(申请号:201010618326.2申请日:2010-12-30)，该专利提供了一种农业生产技术领域：
的酸预处理水稻秸杆制取沼气的方法，通过将水稻秸杆经酸预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气。但是，经过酸化后的秸杆应用到厌氧发酵的过程中，容易产生糠醛等抑制物，抑制厌氧发酵的进行。此外，酸预处理的成本过高，厌氧发酵周期过长，不适合实际工程的利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，解决了小麦秸杆发酵中效率低下的问题，降低了成本。[0006]本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明通过将小麦秸杆氨处理后进行完全混合式厌氧发酵来产沼气。
所述的小麦秸杆是指:经洗净并在自然晾干后切成2-3cm长的小段的小麦秸杆。
所述的氨预处理是指:采用浓度为30g/L_50g/L的尿素溶液,按照小麦稻杆的质量与尿素溶液的体积比例为50g: 200ml混合，并密封置于30°C的温度下处理。
所述密封置于30°C的温度下处理时间为25天。
所述的完全混合式厌氧发酵是指:将氨处理过后的小麦秸杆置于采酵罐中后调节碳氮比为20: I 30: 1，加入采酵罐中总发酵液质量的30%的接种物后，调节初始pH值至7.0，最后置于恒温水浴中厌氧发酵。
所述的调节碳氮比是指:采用碳酸氢铵进行调节。
所述调节初始pH值至7.0是指:用5mol/L的HCL调节初始pH值至7.0。
所述的恒温水浴是指:在38°C环境下恒温搅拌，搅拌速度为100转/分钟。
所述厌氧发酵时间为25天。
所述接种物为活性污泥，取自正常发酵的沼气系统的发酵残余物。
本发明提高了小麦秸杆资源化、能源化和无害化的效率，将构成环境污染的小麦秸杆转化成一种优质可观的 清洁能源，处理小麦秸杆操作简单，并且费用低廉，需要的条件温和，与直接利用小麦秸杆进行沼气发酵相比，提高了总产气量、日产气量和原料的利用率，产气更加稳定，并且在发酵过程避免出现浮渣结壳现象，解决了小麦秸杆发酵中效率低下的问题。与背景技术的技 术相比，发酵启动时间和发酵周期大为缩短，通过试验验证得出采用氨处理的小麦秸杆 在进行厌氧发酵的系统中，pH始终维持在7 8之间，对发酵液的酸化有很好的调节作用。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例中所采用的发酵装置由发酵瓶、集气瓶、收集瓶、恒温水浴振荡器等部分组成，其发酵瓶为IOOOmL的三角瓶，瓶上用大小合适的硅胶塞塞上密封，在硅胶塞上钻两个空，一个分别接上两根大小合适的玻璃管，一根与集气瓶的导管连接，另一根作为取样管。集气瓶为IOOOmL的三角瓶，瓶中装满饱和食盐水，瓶上用大小合适的硅胶塞塞上密封，在娃胶塞上钻两个空，一个分别接上两根大小合适的玻璃管，一长一短，长的伸入液面以下与后面的收集瓶相连，短管与前面的发酵瓶相连，收集瓶为IOOOmL普通玻璃瓶，连接管均用OSmm的硅胶管，并用凡士林密封。当发酵瓶中产生沼气后，气体通过导管进入集气瓶中，由于气压比集气瓶大，故将液体压出进入收集瓶，通过测量收集瓶中液体的体积，就得到产气的体积。
本实施例具体实施步骤如下:
(I)将原料洗净，并在自然条件下晾干，将其切成2 3cm的小段；
(2)取步骤(I)所得的原料50g加入到塑料桶中，加入浓度为30g/L，35g/L，40g/L，45g/L，50g/L的尿素溶液，其中小麦秸杆的质量与尿素溶液的体积比例为50g: 200ml。同时设置对照组(加入200ml蒸馏水不加尿素溶液)，然后在塑料桶上铺上保鲜膜，盖上盖子，放置于30°C的温度下处理25天；
(3)测得步骤⑵所得原料的TS，设置加入秸杆的质量使秸杆的TS为48g，投入到发酵装置中，加入接种物240g和相应质量的蒸馏水，其中接种物的量占总发酵液质量的30%，发酵料液质量浓度为6%，其中总发酵液的质量为800g ;本实施例中接种物为活性污泥，取自上海市崇明岛前卫村以猪粪为发酵原料正常发酵的沼气系统的发酵残余物，其总固体含量质量分数为10.47%，含水率质量分数为89.53%。
(4)调节步骤⑶中原料的碳氮比分别为20: 1,25: 1,30: I ；
(5)对步骤⑷的原料用5mol/L的HCL调节初始pH值至7.0 ；
(6)密封发酵装置，并将其置于恒温水浴中厌氧发酵25天，温度控制在38°C，并将发酵装置与排水装置连接，并进行连续搅拌，搅拌速度为100转/分钟；
(7)采用排水法测沼气的体积，并每天用量筒测量气体体积，每5天取一次气样检测其甲烷的含量。
上述实施例效果为:在总产气时间为30天中，氨处理浓度为30g/L，35g/L，40g/L，45g/L，50g/L 五组发酵产气总体积分别为 9121ml、8043ml、7045ml、8097ml、8359ml，对照组气体总体积为6003ml，其中30g/L的处理组为最高，其平均日产气量为304mL，最高甲烷含量为53%。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显 而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求
来限定。
权利要求
1.一种氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征在于，通过将小麦秸杆经氨预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气； 所述的氨预处理是指:采用浓度为30g/L-50g/L的尿素溶液，按照小麦秸杆的质量与尿素溶液的体积比例为50g: 200ml混合，并密封置于30°C的温度下处理25天； 所述的完全混合式厌氧发酵是指:将氨预处理过后的小麦秸杆置于采酵罐中后调节碳氮比为20:1 30:1，加入采酵罐中总发酵液质量的30%的接种物后，调节初始pH值至7.0，最后置于38°C恒温水浴中厌氧发酵25天。
2.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的小麦秸杆是指:经洗净并在自然晾干后切成2-3cm长的小段的小麦秸杆。
3.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的调节碳氮比是指:采用碳酸氢铵进行调节。
4.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述调节初始PH值至7.0是指:用5mol/L的HCL调节初始pH值至7.0。
5.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述的恒温水浴是指:在38°C环境下恒温搅拌，搅拌速度为100转/分钟。
6.根据权利要求
1所述的氨预处理小麦秸杆发酵产沼气的方法，其特征是，所述接种物为活性污泥，取自正常发酵 的沼气系统的发酵残余物。
专利摘要
本发明公开一种农业生产技术领域：
的氨预处理小麦秸秆发酵产沼气的方法，通过将小麦秸秆经预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气。本发明实现利用小麦秸秆高效稳定的制取沼气。它的特点是原料利用率高，产气稳定，产气量大，并且在发酵过程中不易出现浮渣结壳现象，实现了将小麦秸秆资源化、能源化和无害化。
文档编号C12P5/02GKCN102399825 B发布类型授权 专利申请号CN 201110344086
公开日2013年9月25日 申请日期2011年11月3日
发明者刘荣厚, 吴晋锴, 孙辰, 崔婷婷, 吴小武 申请人:上海交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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