專利名稱：農作物秸稈青貯及青貯秸稈高效生產沼氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種農作物秸桿青貯及青貯秸桿高效生產沼氣的方法，屬于農業固體廢棄物處理與資源化領域。
背景技術：
農作物秸桿是最豐富的生物質資源，但目前利用率低，除一部分用于造紙、飼料夕卜，大部分被焚燒，不但造成資源浪費，還會對環境帶來污染。利用秸桿生產沼氣是秸桿資源化利用的有效方法，然而秸桿結構復雜，在正常條件下很難被微生物高效利用。目前利用秸桿產沼氣多采用秸桿與畜禽糞便混合后進行厭氧發酵，但發酵效率低、秸桿利用率不高，且處理的秸桿量有限。因此，開發高發酵效率，高秸桿消化率的方法是秸桿沼氣化利用的關鍵。
液相發酵是厭氧發酵過程中最高效的發酵方式，如能通過一定的處理方法將秸桿中的有機成本轉化到液相中，采用液相發酵產沼氣，則會大大提高發酵的效率。然而，干秸桿的成分以木質纖維素為主，木質纖維素結構穩定，如將其溶解則會耗費巨大的能耗，造成運行成分大幅度提高。研究發現，剛收獲的青秸桿中可溶性組分要大大高于風干后的秸桿，但如不加以保存，這些可溶性組分就會被微生物消耗或通過植物的生理作用轉化為木質纖維素，造成后續處理困難。然而，秸桿的收獲期較短，要想保持其中的可溶性組分必須進行青貯，因此，尋找適合于后續秸桿發酵的青貯方法是秸桿高效發酵產沼氣的又一關鍵問題。本發明通過對秸桿進行青貯，保證了青秸桿中的可溶性有機成分不被微生物利用或被轉化為木質纖維素，降低了后續處理的成本。并對青貯后的秸桿進行處理，將秸桿中大部分有機成分轉移到液相中，采用液相厭氧發酵的方式進行沼氣生產，大大提高了發酵效率和稻桿的利用率。
發明內容
本發明的目的在于提供一種農作物秸桿的高效、低成本的沼氣化生產技術，與其它技術相比具有發酵效率高、殘渣量少的特點。本發明是采用如下技術方案實現的一種農作物秸桿青貯方法，其特征是至少由以下工序組成；(I)將剛收獲的青稻桿破碎到IOmm至30mm間的長度；(2)將破碎后的秸桿與青貯添加劑混合；青貯添加劑為硝酸或乙酸或氨水溶液，添加劑溶液的質量濃度為2%-10%，且添加劑溶質添加重量比例為秸桿重量的1/100-1/1500。(3)將上述混合物在厭氧條件下進行密閉保存30-90天，得到青貯秸桿。一種青貯秸桿生產沼氣的方法，其特征是至少由以下工序組成(I)將青貯秸桿與水按重量比1:5-1:20的比例進行混合，浸泡時間為2_8h，浸泡溫度為室溫；(2)將浸泡后的秸桿進行固液分離；
(3)將工序(2)中分離得到的固體在添加催化劑的條件下進行水熱反應；催化劑為硫酸或硝酸或鹽酸或鐵鹽溶液的一種，所用酸溶液的重量濃度為O. 5%-2%，所用鐵鹽溶液的摩爾濃度為O. 01mol/L-0. 05mol/L,且催化劑溶質重量與秸桿的重量比為1:200-1:25，反應溫度為80-200°C，反應時間5-180min ；(4)將工序(3)中水熱反應后得到的混合物進行固液分離；(5)將工序(4)中得到的液體與工序(2)中得到的液體送入厭氧發酵罐進行沼氣生產。所述的青貯秸桿生產沼氣的方法，其特征是將工序(4)得到的固體和工序(5)中得到的沼渣用于堆肥或其他用途。所述的青貯秸桿生產沼氣的方法，其特征是將工序(5)中得到的沼液經處理后回 用或排放。所述的青貯秸桿生產沼氣的方法，其特征是所述的鐵鹽為氯化鐵或硫酸鐵或硝酸鐵中任意一種。添加劑的加入能夠避免環境中的微生物利用青秸桿中的糖，且能抑制植物的生理作用，防止木質化程度加強。反應完成后進行固液分離，分離得到的液體經處理后進入厭氧發酵罐進行厭氧發酵產沼氣，固渣和沼渣經處理后制備有機肥或用作其它用途，沼液經處理后回用或排放。通過兩步處理，可以降低可溶性糖在高溫下的降解，減少催化劑的用量，且秸桿中大部分有機質轉移到液相，保證了后續厭氧發酵過程的順利運行本發明的有益效果本發明將通過添加一定量的添加劑對剛收獲的青秸桿進行青貯，青貯過程能夠減少環境中的微生物對糖類的利用，同時抑制秸桿自身的木質化過程，最大程度的保留青秸桿中游離糖的含量；青貯后的秸桿通過兩步處理將其中大部分的有機質轉移到液相，然后液體進行厭氧發酵產沼氣，大大提高了厭氧發酵的效率和秸桿的利用率。
圖I是秸桿青貯及青貯秸桿高效生產沼氣的工藝流程圖I-破碎系統；2_青貯系統；3_浸泡系統；4_水熱反應系統；5-固液分離系統；6-厭氧發酵系統；7_沼液處理系統；8_固渣處理系統
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明農作物秸桿青貯及青貯秸桿高效生產沼氣工藝如圖I所示，收獲后的青秸桿經破碎系統I破碎后，與青貯添加劑混合后進入青貯系統2，青貯完成后的秸桿進入浸泡系統3，浸泡一段時間后進入固液分離系統5，分離得到的固體進入水熱反應系統4，水熱反應結束后混合物進入固液分系統5，分離得到的液體與浸泡系統得到的液體進入厭氧發酵系統6進行沼氣生產，厭氧發酵過程得到的沼液進入沼液處理系統7進行處理后回用或排放，厭氧發酵過程得到的沼渣與水熱反應系統得到的固渣一起進入固渣處理系統8進行堆肥或其它用途。
實施例I :將剛收獲的青秸桿破碎至10mm，然后與質量濃度為2%的硝酸溶液進行混合，硝酸溶質與青秸桿的重量比為1:1000，將混合物置于儲窖中密閉保存30天，得到青貯秸桿。將青貯秸桿與水在池中混合進行浸泡，青貯秸桿與水的重量比為1:20，浸泡時間為6h，浸泡完成后將混合物進行壓榨分離，分離得到的液體經稀釋，調節后送入厭氧發酵裝置進行沼氣生產；分離得到的固體利用質量濃度為1%的硫酸溶液作為催化劑進行水熱反應，硫酸溶質與固體的重量比為1:200,反應溫度為120°C,反應時間為60min,反應完成后固液混合物再次進行壓榨分離，分離得到的液體經稀釋，調節后送入厭氧發酵罐產沼氣，分離得到的固體用于好氧堆肥。沼液經處理后用于青貯秸桿浸泡工序。實施例2 將剛收獲的青秸桿破碎至20mm，然后與質量濃度為2%的氨水溶液進行混合，氨水 溶質與青秸桿的重量比為1:1500，將混合物置于儲窖中密閉保存90天，得到青貯秸桿。將青貯秸桿與水在池中混合進行浸泡，青貯秸桿與水的重量比為1:10，浸泡時間為8h，浸泡完成后將混合物進行壓榨分離，分離得到的液體經稀釋，調節后送入厭氧發酵裝置進行沼氣生產；分離得到的固體利用質量濃度為O. 5%的硝酸溶液作為催化劑進行水熱反應，硝酸溶質重量與固體的重量比為1:100,反應溫度為200°C,反應時間為5min,反應完成后固液混合物再次進行壓榨分離，分離得到的液體經稀釋，調節后送入厭氧發酵罐產沼氣，分離得到的固體用于好氧堆肥。沼液經處理后用于青貯秸桿浸泡工序。實施例3 將剛收獲的青秸桿破碎至30mm，然后與質量濃度為10%的乙酸溶液進行混合，乙酸溶質與青秸桿的重量比為1:100，將混合物置于儲窖中密閉保存60天，得到青貯秸桿。將青貯秸桿與水在池中混合進行浸泡，青貯秸桿與水的重量比為1:5，浸泡時間為4h，浸泡完成后將混合物進行壓榨分離，分離得到的液體經稀釋，調節后送入厭氧發酵裝置進行沼氣生產；分離得到的固體利用摩爾濃度為O. 05mol/L的三氯化鐵溶液作為催化劑進行水熱反應，三氯化鐵溶質與固體的重量比為1:25，反應溫度為90°C，反應時間為90min，反應完成后固液混合物再次進行壓榨分離，分離得到的液體經稀釋，調節后送入厭氧發酵罐產沼氣，分離得到的固體用于熱解消納。沼液經處理后用于青貯秸桿浸泡工序。實施例4 將剛收獲的青秸桿破碎至30mm，然后與質量濃度為6%的乙酸溶液進行混合，乙酸溶質與青秸桿的重量比為1:500，將混合物置于儲窖中密閉保存30天，得到青貯秸桿。將青貯秸桿與水在池中混合進行浸泡，青貯秸桿與水的重量比為1:15，浸泡時間為5h，浸泡完成后將混合物進行壓榨分離，分離得到的液體經稀釋，調節后送入厭氧發酵裝置進行沼氣生產；分離得到的固體利用摩爾濃度為O. 01mol/L的硝酸鐵溶液作為催化劑進行水熱反應，硝酸鐵溶質的重量與固體的重量比為1:75,反應溫度為80°C,反應時間為180min,反應完成后固液混合物再次進行壓榨分離，分離得到的液體經稀釋，調節后送入厭氧發酵罐產沼氣，分離得到的固體用于熱解消納。沼液經處理后用于綠化用水。實施例5 本實施例與實施例3相同，所不同的是浸泡后分離得到的固體利用摩爾濃度為O. 05mol/L的硫酸鐵溶液作為催化劑進行水熱反應,且反應溫度為150°C,反應時間為lOmin，反應完成后固液混合物再次進行壓榨分離，分離得到的液體經稀釋，調節后送入厭氧發酵罐產沼氣，分離得到的固體用于好氧堆肥。沼液經處理后排放。實施例6 本實施例與實施例5相同，所用硫酸鐵溶液的摩爾濃度為O. Olmol/L,且反應溫度為200°C，反應時間為5min。
權利要求
1.一種農作物秸桿青貯方法，其特征是至少由以下工序組成； (1)將剛收獲的青稻桿破碎到IOmm至30mm間的長度； (2)將破碎后的秸桿與青貯添加劑混合；青貯添加劑為硝酸或乙酸或氨水溶液，添加劑溶液的質量濃度為2%-10%，且添加劑溶質添加重量比例為秸桿重量的1/100-1/1500 (3)將上述混合物在厭氧條件下進行密閉保存30-90天，得到青貯秸桿。
2.一種青貯秸桿生產沼氣的方法，其特征是至少由以下工序組成 (1)將青貯秸桿與水按重量比1:5-1:20的比例進行混合，浸泡時間為2-8h，浸泡溫度為室溫； (2)將浸泡后的秸桿進行固液分離； (3)將工序(2)中分離得到的固體在添加催化劑的條件下進行水熱反應；催化劑為硫酸或硝酸或鹽酸或鐵鹽溶液的一種，所用酸溶液的重量濃度為O. 5%-2%，所用鐵鹽溶液的摩爾濃度為O. 01mol/L-0. 05mol/L，且催化劑溶質重量與秸桿的重量比為1:200-1:25，反應溫度為80-200°C，反應時間5-180min ； (4)將工序(3)中水熱反應后得到的混合物進行固液分離； (5)將工序(4)中得到的液體與工序(2)中得到的液體送入厭氧發酵罐進行沼氣生產。
3.如權利要求2所述的青貯秸桿生產沼氣的方法，其特征是將工序(4)得到的固體和工序(5)中得到的沼渣用于堆肥或其他用途。
4.如權利要求2所述的青貯秸桿生產沼氣的方法，其特征是將工序(5)中得到的沼液經處理后回用或排放。
5.如權利要求2所述的青貯秸桿生產沼氣的方法，其特征是所述的鐵鹽為氯化鐵或硫酸鐵或硝酸鐵中任意一種。
全文摘要
本發明涉及農作物秸稈青貯及青貯秸稈高效生產沼氣的方法；將剛收獲的青秸稈破碎到10mm至30mm間的長度；將破碎后的秸稈與青貯添加劑混合；青貯添加劑為硝酸或乙酸或氨水溶液，添加劑溶液的質量濃度為2%-10%，且添加劑溶質添加重量比例為秸稈重量的1/100-1/1500。將上述混合物在厭氧條件下進行密閉保存30-90天，得到青貯秸稈。本發明將通過添加一定量的添加劑對剛收獲的青秸稈進行青貯，青貯過程能夠減少環境中的微生物對糖類的利用，同時抑制秸稈自身的木質化過程，最大程度的保留青秸稈中游離糖的含量；青貯后的秸稈通過兩步處理將其中大部分的有機質轉移到液相，然后液體進行厭氧發酵產沼氣，大大提高了厭氧發酵的效率和秸稈的利用率。
文檔編號C12P5/02GK102719484SQ20121019537
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月14日 優先權日2012年6月14日
發明者呂學斌, 孫優善, 支蘇麗, 趙玉峰 申請人:天津大學