专利名称：酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种农业生产技术领域的方法，具体是一种酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法。
背景技术：
我国是主要的水稻生产国家，每年产生大量的水稻秸秆，大部分的水稻秸秆被随意丢弃和焚烧，造成极大的环境污染，影响农民的生活质量，也造成资源的极大浪费。如何解决农村随意丢弃、焚烧水稻秸秆带来的环境问题、提高农民生活质量，已成为新农村建设的一项重要课题。利用水稻秸秆制取沼气，不仅可以解决农村沼气池原料缺乏问题，还可以从根源上减少秸秆焚烧带来的众多环境问题；另外，通过沼气发酵杀灭了水稻秸秆上携带的病菌虫卵，避免了水稻秸秆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。20世纪60年代，我国曾经主要以秸秆作为沼气发酵原料。但是到目前为止，秸秆制取沼气尚有许多技术难题没有解决，还不能全面推广。秸秆中含有大量难降解的纤维素、 半纤维素、木质素等，并且组成结构复杂，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。如直接用秸秆来发酵产沼气，则会出现发酵启动慢、发酵时间延长、产气率低、秸秆利用率低等问题。而秸秆预处理的主要作用使纤维素、半纤维素与木质素分离开，增加酶与纤维素的可接触面积，从而提高酶解的效率。将秸秆预处理后再发酵，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。经对现有的技术文献检索发现，中国专利申请号为200910301992. 0，名称为生物质预处理方法及生物质厌氧发酵制取沼气的方法和设备，该专利自述为将生物质短节在温水15 80°C中浸泡15 90分钟，将浸泡后短节撕成碎片，将所撕碎成的碎片在加热或加热加压的条件下进行水热反应，将水热反应后的秸秆进行压榨得到糖化液和糖化渣， 将糖化液进行甲烷发酵，糖化渣或作为肥料或进行甲烷发酵。该技术不足在于需要进行加热装置和能源消耗，同时需要电动机和压榨机设备，提高了处理的成本。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法，能够将水稻秸秆进行充分的利用，提高产气量，提高原料的利用率，减少发酵时间，解决发酵过程浮渣结壳的问题，使水稻秸秆资源化、能源化和无害化的效率提高。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将水稻秸秆经酸预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气。所述的水稻秸秆是指；经洗净并在自然晾干后切成2-3cm长的小段的水稻秸秆。所述的酸预处理是指；采用浓度为10%的稀硫酸溶液且其中硫酸的质量与水稻秸秆的质量比为6%的比例混合，然后加入水稻秸秆的5倍质量的蒸馏水并密封置于室温下酸化处理30天。所述的完全混合式厌氧发酵是指将酸化后的水稻秸秆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，用40%浓度的NaOH 调节初始PH值至7. 0，最后置于恒温水浴中厌氧发酵1 2天。所述的调节碳氮比是指；采用碳酸氢铵进行调节；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。本发明的优点本发明提高了水稻秸秆资源化、能源化和无害化的效率，将构成环境污染的水稻秸秆转化成一种优质可可观的清洁能源，实现了水稻秸秆的循环利用和减量化生产。本发明处理水稻秸秆操作简单，并且费用低，需要的条件温和，与直接利用水稻秸秆进行沼气发酵相比，提高了总产气量、日产气量和原料的利用率，同时缩短了发酵时间， 产气更加稳定，并且在发酵过程避免出现浮渣结壳现象，解决了水稻秸秆发酵中效率低下的问题。同时发酵启动时间缩短，发酵后2天后就开始产沼气，一周后就可以发到产气高峰期。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，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为实验室自制，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，瓶中剩满饱和食盐水，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500mL普通玻璃瓶，连接管均用Φ8πιπι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。实施例1(1)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(1)所得的原料50g加入到塑料桶中，加入浓度为10%的稀硫酸，使硫酸质量占原料质量百分比分别为2^,4^,6%,8%，10%，然后加入蒸馏水，同时设置对照组(只加水不加酸)，使其与原料质量之比为5 1，然后在塑料桶上铺上保鲜膜，盖上盖子，放置于室温条件下30天；(3)将步骤( 所得原料取出231g，投入到发酵装置中，加入接种物MOg和蒸馏水330g，其中接种物的量占总发酵液质量的30%，发酵料液浓度为6%，其中总发酵液的质量为800g ；(4)调节步骤(3)中原料的碳氮比为20 1 30 1 ；(5)对步骤(4)的原料用40 %浓度的NaOH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，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。本实施例效果为在总产气时间为34天中，酸处理浓度为2%、4%、6%、8%、10% 五组发酵产气总体积分别为2132ml、2841ml,4265ml、2540ml、2367ml，对照组气体总体积为 1043ml，其中6%的处理组为最高，其平均日产气量为125mL，其最高甲烷含量为44%。
权利要求
1.一种酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法，其特征在于，通过将水稻秸秆经酸预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气。
2.根据权利要求1所述的酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法，其特征是，所述的水稻秸秆是指经洗净并在自然晾干后切成2-3cm长的小段的水稻秸秆。
3.根据权利要求1所述的酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法，其特征是，所述的酸预处理是指采用浓度为10%的稀硫酸溶液且其中硫酸的质量与水稻秸秆的质量比为6%的比例混合，然后加入水稻秸秆的5倍质量的蒸馏水并密封置于室温下酸化处理30天。
4.根据权利要求1所述的酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法，其特征是，所述的完全混合式厌氧发酵是指将酸化后的水稻秸秆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，用40%浓度的NaOH调节初始pH 值至7. 0，最后置于恒温水浴中厌氧发酵1 2天。
5.根据权利要求4所述的酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法，其特征是，所述的调节碳氮比是指采用碳酸氢铵进行调节。
6.根据权利要求4所述的酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法，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。
全文摘要
一种农业生产技术领域的酸预处理水稻秸秆制取沼气的方法，通过将水稻秸秆经酸预处理后进行完全混合式厌氧发酵以制取沼气。本发明实现利用水稻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，实现了将水稻秸秆资源化、能源化和无害化。
文档编号C12P5/02GK102154374SQ20101061832
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘荣厚, 孙辰, 覃国栋 申请人:上海交通大学