一种提高木质纤维素原料厌氧消化产沼气效率与产气量的方法

摘要

本发明公开了一种提高木质纤维素原料厌氧消化产沼气效率与产气量的方法，属于生物质能源资源化利用领域。本发明将农林废弃物、畜禽粪便与污泥等生物质粉碎后与水混合，按固液比1：10～20加入到反应釜中，对混合物进行搅拌加热，加热终温为180～300℃，在反应温度下反应15～360min，搅拌速率为100～500r/min，反应结束后冷却至室温，将反应获得的固液产物进行分离，获得的水相产物按质量比1～10:1添加于木质纤维素原料中，混合均匀后加水稀释至固体浓度为6％～20％，在35‑57℃条件下进行厌氧消化，其累计甲烷产量与木质纤维素原料单独发酵相比可提高5％～90％，产气启动时间可提前0.5～5d。

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源资源化利用领域，尤其涉及一种提高木质纤维素原料厌氧消化产沼气效率与产气量的方法。

背景技术

生物质资源的开发利用是实现循环农业和低碳经济的重要途径，生物质综合利用技术的发展尤为重要。我国具有丰富的农林业废弃资源，作为一种可再生能源物质，农林废弃物属于木质纤维素原料，主要由纤维素、半纤维素和木质素交织在一起构成，具有复杂的结构。这种复杂的结构导致木质纤维素原料降解难、水解速率慢，成为其厌氧消化产沼气的一大瓶颈。

近年来，水热炭化技术由于其具有反应温度低，原料不受水分含量限制，耗能少，CO

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高木质纤维素原料厌氧消化产沼气效率与产气量的方法。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种提高木质纤维素原料厌氧消化产沼气效率与产气量的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将农林废弃物与畜禽粪便等生物质粉碎后，与水混合，按固液比1：10～20加入到反应釜中。

(2)向反应釜内充入0～2MPa的N

(3)对反应釜中混合物进行搅拌加热，加热终温为180～300℃，在反应温度下保留时间为15～360min，搅拌速率为100～500r/min，反应结束后，冷却至室温，将反应获得的固相产物与水相产物进行分离。

(4)将上述步骤中分离获得的水相产物按质量比1～10:1添加于木质纤维素原料中，混合均匀后加水稀释至固体浓度为6％～20％。

(5)将上述混合物置于35-57℃厌氧发酵罐中，进行厌氧消化，与木质纤维素原料单独发酵相比，添加生物质水热炭化的水相产物后，累计甲烷产量可以提高5％-90％，产气启动时间可提前0.5～5d。

其中，农林废弃物与畜禽粪便等生物质水热炭化分离获得的水相产物主要成分包括：糖类、酸类、醇类、酮类、呋喃类、酚类与含氮杂环类等物质。

由于水热炭化分离获得的水相产物中含有的大量挥发性脂肪酸和还原糖类可以迅速被产甲烷菌分解，因此可以作为木质纤维素原料厌氧发酵的助剂。将水热炭化废液添加于木质纤维素原料厌氧发酵系统既可以提高木质纤维素原料的水解速率与产甲烷效率，又可以节约木质纤维素原料发酵用水，减少污水排放，降低环境污染。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明将水热炭化与厌氧发酵两种技术相结合，不仅可以提供一种提高木质纤维素原料厌氧消化产沼气效率与产气量的方法，而且可以提供一种有效处理水热炭化废液的方法，从而可以提高生物质原料的利用率，减少废水排放，提高水热炭化与厌氧发酵的经济效益，减少环境污染。

附图说明

图1为实施例1中水热炭化水相经气相色谱质谱联用仪检测结果图。

图2为实施例1中产气量对比图。

图3为实施例2中水热炭化水相经气相色谱质谱联用仪检测结果图。

图4为实施例2中产气量对比图。

具体实施方式

实施例1

将玉米秸秆粉碎，取10g玉米秸秆粉加入到250mL高压反应釜中，加入120mL去离子水搅拌后，将反应釜密封，通入0.5MPaN

取上述分离出来的水热炭化废液40mL与1-3cm的玉米秸秆段20g进行混合，并加入54g沼气发酵厂所产沼渣作为接种物，装进发酵反应器中，加入146mL去离子水，调整发酵料液固体浓度为10％左右，搅拌，密封，在37℃条件下发酵60天，其产气量参见图2，添加水热炭化水相后玉米秸秆累计产气量为280.7±3.2mL/g VS，比未添加水热炭化水相提高了6％，产气启动时间为1.71天，比未添加水热炭化水相提前了1.96天。

实施例2

将鸡粪干燥粉碎后，取12g鸡粪加入到250mL高压反应釜中，加入100mL去离子水搅拌后，将反应釜密封，通入0.5MPa CO

取上述分离出来的水热炭化废液80mL与1cm左右的棉杆段20g进行混合，并加入66g沼气发酵厂所产沼渣作为接种物，装进发酵反应器中，加入247mL去离子水，调整发酵料液固体浓度为8％左右，搅拌，密封，在37℃条件下发酵35天，其产气量参见图4，添加鸡粪水热炭化废水后玉米秸秆累计产气量为3705.3mL，比未添加水热炭化废水提高了37.16％，产气启动时间为1.53天，比未添加水热炭化水相提前了2.87天。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。