專利名稱：氫氧化鈉濕式固態(tài)常溫處理提高玉米秸生物氣產(chǎn)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源領(lǐng)域，具體涉及一種利用玉米秸進(jìn)行厭氧 消化產(chǎn)生生物氣的方法，尤其涉及一種氫氧化鈉濕式固態(tài)常溫處理提 高玉米秸生物氣產(chǎn)量的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上最大的農(nóng)業(yè)國(guó)家，每年產(chǎn)生各類農(nóng)作物秸稈總量達(dá)
7億噸，其中玉米秸稈占35%。除了部分用作飼料、肥料、農(nóng)村生活 用能和造紙?jiān)贤?，大量秸稈被露天焚燒，?dǎo)致嚴(yán)重的空氣污染和火 災(zāi)，影響交通運(yùn)輸?shù)陌踩瑫r(shí)也浪費(fèi)了大量的資源。
通過厭氧消化技術(shù)把秸稈轉(zhuǎn)化為清潔能源一一生物氣，是解決農(nóng) 業(yè)廢棄物環(huán)境污染和實(shí)現(xiàn)資源化利用的一條有效途徑。
不同于一般的厭氧消化原料如人畜糞便、污泥等，玉米秸的木質(zhì) 纖維素含量較高，而厭氧微生物對(duì)木質(zhì)纖維素的降解能力又較弱，導(dǎo) 致常規(guī)厭氧消化過程緩慢、消化效率低、產(chǎn)氣量少、投入產(chǎn)出效益差 等，從而限制了玉米秸用于生物氣生產(chǎn)的大規(guī);漠應(yīng)用。
通過對(duì)玉米秸進(jìn)行預(yù)處理，可以提高其厭氧消化性能。目前的預(yù) 處理方法有物理、生化和化學(xué)方法，其目的都是希望通過預(yù)處理改變 玉米秸的物理結(jié)構(gòu)或把它降解成簡(jiǎn)單的成分，以利于隨后厭氧菌的消 化利用，從而提高生物氣產(chǎn)量。物理方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但處理效果有限； 生物方法效果較為明顯，但微生物的培養(yǎng)對(duì)設(shè)備和技術(shù)的要求大多比
較高，實(shí)驗(yàn)室研究容易，實(shí)際應(yīng)用難度^艮大?；瘜W(xué)處理方法以其處理 效果好和操作方便等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，而在各種化學(xué)試劑中又以
NaOH的處理效果最好。傳統(tǒng)的NaOH液態(tài)化學(xué)預(yù)處理產(chǎn)氣效果較好， 但由于其堿含量高，對(duì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)要求較高，且反應(yīng)液必須進(jìn)行良 好的回用和處置，否則會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，但增加回用裝置會(huì)導(dǎo) 致整個(gè)工藝成本的提高。針對(duì)這種情況，NaOH固態(tài)常溫化學(xué)處理采 用添加0. 8倍于干秸稈重的水分，無多余反應(yīng)液產(chǎn)生，并降低了 NaOH 的用量。但是NaOH固態(tài)常溫預(yù)處理的時(shí)間較長(zhǎng)(30天)，且NaOH的 用量(6%-8%于秸稈干重)所造成的處理成本相對(duì)目前生物氣價(jià)格來說 還是偏高；另一方面秸稈含水率低時(shí)，不易攪拌均勻，不僅影響預(yù)處 理效果，還會(huì)增加工程應(yīng)用的能耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述存在的問題，本發(fā)明提供了 一種通過少量氫氧化 鈉，在濕式固態(tài)條件下，對(duì)玉米秸進(jìn)行常溫化學(xué)預(yù)處理，以達(dá)到進(jìn)一 步降低預(yù)處理時(shí)的堿用量來降低成本，同時(shí)縮短預(yù)處理時(shí)間和提高玉 米秸厭氧消化生物氣產(chǎn)量的方法。
本發(fā)明所提供的氫氧化鈉濕式固態(tài)常溫處理提高玉米秸生物氣 產(chǎn)量的方法，包括以下步驟
1) 化學(xué)預(yù)處理將2%倍于玉米秸干重的氫氧化鈉、7.5倍于玉 米秸干重的水和粉碎后的玉米秸充分混合均勻，介于浸泡和固態(tài)狀態(tài) 之間，然后放于容器中密封保存3天，出料；
2) 厭氧消化產(chǎn)生生物氣向厭氧消化裝置中投加預(yù)處理后的玉
米秸和豬糞消化液，玉米秸的添加量為50 65g干玉米秸/L，豬糞消 化液的添加量為加料后整個(gè)厭氧消化系統(tǒng)的混合液懸浮固體濃度為 MLSS=15g/L (玉米秸不計(jì)在內(nèi))，并加水至厭氧消化液的濕基含水率 不小于93%,調(diào)節(jié)整個(gè)消化系統(tǒng)的碳氮比20 - 35:l，調(diào)節(jié)厭氧消化溫 度為34 37。C,調(diào)整消化液的pH為6.5-7.5,最后卸出沼渣。
其中，步驟1)中添加的NaOH可破壞玉米秸內(nèi)木質(zhì)纖維素的結(jié) 構(gòu)和改變其化學(xué)成分，且2%倍于玉米秸干重的添加量能滿足要求， 可有效避免現(xiàn)有技術(shù)中的使用高濃度堿而造成干物質(zhì)損失大，成本 高，對(duì)后續(xù)厭氧消化不利等缺陷。添加水能促進(jìn)玉米秸與NaOH間的 反應(yīng)，縮短處理時(shí)間，還可調(diào)節(jié)后續(xù)厭氧消化過程的總固體(TS)含 量，無廢液產(chǎn)生。混合后玉米秸處在已達(dá)到水飽和但是又不存在過多 流動(dòng)水的狀態(tài)下，這種狀態(tài)介于"浸泡"和"固態(tài)"之間，稱之"濕 式固態(tài)"。
如果步驟2)中玉米秸的加料量過低，消化過程進(jìn)行快，但不能 充分利用厭氧消化菌的處理能力，產(chǎn)氣總量不高；加料量過高，則豬 糞消化液中厭氧消化菌的含量相對(duì)于玉米秸的含量過低，消化過程緩 慢且容易因酸積累而停滯，物料利用率較低。豬糞消化液為豬糞厭氧 消化過程中產(chǎn)生的消化液，其減度和氨氮含量較普通污水處理廠的消 化污泥要高，能對(duì)玉米秸厭氧消化過程中反應(yīng)液pH值的降低起到很 好的緩沖作用，避免酸化現(xiàn)象的出現(xiàn)(一旦出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，必須加入 堿性物質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié))，更易于達(dá)到穩(wěn)定的產(chǎn)氣效果。厭氧消化的最優(yōu) 溫度為35°C，最優(yōu)碳氮比為25: 1，整個(gè)厭氧消化過程需要45 ~ 50天。
本發(fā)明厭氧消化產(chǎn)生生物氣過程中使用的厭氧消化裝置為隔絕 外界空氣、帶攪拌和恒溫裝置的反應(yīng)器，反應(yīng)器的頂部設(shè)置進(jìn)料口和 生物氣出口，底部設(shè)置攪拌器及沼渣出口。
經(jīng)厭氧消化后留存的沼渣富含有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等多種元素， 是農(nóng)作物生長(zhǎng)的優(yōu)質(zhì)肥料，也可作為水產(chǎn)養(yǎng)殖的飼料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
1) 相對(duì)于液態(tài)化學(xué)預(yù)處理，濕式固態(tài)條件下的化學(xué)預(yù)處理不僅 免除了處理液凈化回用的能耗，而且大大簡(jiǎn)化了處理設(shè)備，節(jié)省成本， 更適于規(guī)模化生產(chǎn)。
2) 相對(duì)于固態(tài)化學(xué)預(yù)處理，濕式固態(tài)條件下的化學(xué)預(yù)處理不僅 降低了 NaOH的添加量約67%，且縮短了預(yù)處理時(shí)間90%,在實(shí)際工程 應(yīng)用中更易于操作。
3) 相對(duì)于固態(tài)化學(xué)預(yù)處理，濕式固態(tài)條件下的化學(xué)預(yù)處理，易 于攪拌均勻，易于操作并節(jié)省能耗。
4) 相對(duì)于接種普通污水處理廠的厭氧消化污泥，豬糞消化液的 高堿度和氨氮含量能更好地調(diào)節(jié)消化系統(tǒng)的pH值，更易于達(dá)到穩(wěn)定 的產(chǎn)氣效果。
5) 相對(duì)于未經(jīng)過預(yù)處理的玉米秸，達(dá)到相同的累計(jì)產(chǎn)氣量所需 的反應(yīng)時(shí)間縮短40°/。以上，從而可以顯著提高厭氧消化反應(yīng)器的生產(chǎn) 效率。
6) 相對(duì)于未經(jīng)過預(yù)處理的玉米秸，整個(gè)厭氧消化反應(yīng)周期的平 均產(chǎn)氣量提高60%—100%。 下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例
1) 將玉米秸切碎為20目的顆粒后，添加2%倍于玉米秸干重的 氫氧化鈉和7.5倍于玉米秸干重的水，使玉米秸含水率約為12%,均 勻混合，在常溫下密封保存3天；
2) 向厭氧消化裝置中投加預(yù)處理后的玉米秸和豬糞消化液，玉 米秸的添加量為65g干玉米秸/L，豬糞消化液的添加量為加料后整個(gè) 厭氧消化系統(tǒng)的混合液懸浮固體濃度為MLSS=15g/L (玉米秸對(duì)MLSS 的貢獻(xiàn)不計(jì))，并加水至厭氧消化液的濕基含水率不小于93%，添加 氯化銨調(diào)節(jié)整個(gè)消化系統(tǒng)的碳氮比25: 1，調(diào)節(jié)厭氧消化溫度為35°C, 調(diào)整消化液的pH為6. 5 ~ 7. 5，充分?jǐn)嚢琛?br> 自厭氧消化開始的第1~3天即可產(chǎn)出大量的生物氣，第45天以 后，產(chǎn)氣量明顯減少，表明厭氧消化過程基本結(jié)束，此時(shí)打開反應(yīng)器 排出沼渣，作下一批次厭氧消化的進(jìn)料。
整個(gè)反應(yīng)周期生物氣產(chǎn)生總量達(dá)到40L(65g/L,反應(yīng)器工作體 積為1.5L)，生物氣中曱烷的平均含量達(dá)到65%,而未經(jīng)過本技術(shù)處 理的玉米秸，在同樣情況下其生物氣產(chǎn)生總量只有21L。
權(quán)利要求
1.一種氫氧化鈉濕式固態(tài)常溫處理提高玉米秸生物氣產(chǎn)量的方法，其特征在于，包括以下步驟1)化學(xué)預(yù)處理將2％倍于玉米秸干重的氫氧化鈉、7.5倍于玉米秸干重的水和粉碎后的玉米秸充分混合均勻，然后放于容器中密封保存3天，出料；2)厭氧消化產(chǎn)生沼氣向厭氧消化裝置中投加預(yù)處理后的玉米秸和豬糞消化液，玉米秸的添加量為50～65g干玉米秸/L，豬糞消化液的添加量為加料后整個(gè)厭氧消化系統(tǒng)的混合液懸浮固體濃度為MLSS＝15g/L，并加水至厭氧消化液的濕基含水率不小于93％，調(diào)節(jié)整個(gè)消化系統(tǒng)的碳氮比20～351，調(diào)節(jié)厭氧消化溫度為34～37℃，調(diào)整消化液的pH為6.5～7.5，最后卸出沼渣。
全文摘要
氫氧化鈉濕式固態(tài)常溫處理提高玉米秸生物氣產(chǎn)量的方法屬于生物質(zhì)能源領(lǐng)域。液態(tài)化學(xué)預(yù)處理和固態(tài)化學(xué)預(yù)處理玉米秸均存在NaOH的用量較高，成本高等問題。本發(fā)明通過將2％倍于玉米秸干重的氫氧化鈉、7.5倍于玉米秸干重的水和粉碎的玉米秸充分混合均勻，達(dá)到水飽和狀態(tài)后，密封保存3天后，出料添加豬糞消化液進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)生生物氣。本發(fā)明具有節(jié)約成本，縮短預(yù)處理時(shí)間，提高產(chǎn)氣量等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12P5/02GK101368190SQ20081022449
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者朱保寧, 李來慶, 李秀金, 鄭明霞 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)