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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811138499.7 (22)申请日 2018.09.28 (71)申请人 北京化工大学 地址 100029 北京市朝阳区北三环东路15 号 (72)发明人 杨晓进张媛媛佟艳明陈希 杨朝阳胡汉君 (74)专利代理机构 北京五月天专利商标代理有 限公司 11294 代理人 张瑞丰 (51)Int.Cl. C12P 5/02(2006.01) (54)发明名称 一种预处理秸秆的沼气发酵方法 (57)摘要 本发明涉及一种预处理秸秆的沼气发酵方 法， 采用一定参数下的AlMgCu。
2、合金粉预处理秸秆 提高其厌氧发酵产气性能， 尤其是提高甲烷含 量。 本发明省去了现有化学法需要配置或生物法 需培养等预处理前期繁琐的准备， 预处理条件温 和， 对设备要求低， 能耗低， 预处理后的秸秆产气 量提高20%左右， 甲烷产量提高25%左右， 可实现 大量秸秆的资源化和能源化。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 109234320 A 2019.01.18 CN 109234320 A 1.一种预处理秸秆的沼气发酵方法， 其特征在于， 采用AlMgCu合金粉作为预处理试剂 对秸秆进行预处理。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的预处理为： 秸秆在从农田取回后自然。
3、 风干经粉碎机粉碎， 风干， 添加一定量的水， 然后向浸润的秸秆中加入AlMgCu合金粉。 3.如权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述的预处理的条件为： 温度为20-50， 操 作压力为常压， 反应时间3-5d。 4.如权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述的粉碎为将其粉碎至20目左右备用。 5.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的AlMgCu合金粉的添加量为秸秆TS质量 分数的1-6%； 更优选为1-4%； 最优选为1-2%。 6.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的AlMgCu合金粉的组成为Al:8095%， Mg:210%， Cu:210%， 其粒度为200。
4、-300目。 7.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的沼气发酵方法还包括将秸秆和AlMgCu 合金粉搅拌均匀后， 向预处理好的秸秆中添加厌氧消化污泥为产甲烷接种物， 进行接种， 同 时加水， 接入沼气池进行中温发酵。 8.如权利要求7所述的方法， 其特征在于， 在接种过程中， 接种比为秸秆TS： 接种物TS= 3： 1， 调节pH值为6.8-7.2， 便于产甲烷菌生存， 同时补加水至混合液中稻草TS为40g/L。 9.如权利要求8所述的方法， 其特征在于， 用Ca （OH）2作为pH值调节剂； 所述的中温发酵 的发酵温度为30-50； 预处理加水量为原料TS质量的6倍； 所述的厌氧消。
5、化污泥为猪粪消 化液。 10.如权利要求7所述的方法， 其特征在于， 采用序批式发酵方式， 实验装置为气体联通 厌氧消化装置。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109234320 A 2 一种预处理秸秆的沼气发酵方法 技术领域 0001 本发明属于有机固体废物厌氧发酵领域。 具体涉及到一种预处理秸秆的沼气发酵 方法， 特别是一种利用AlMgCu合金粉预处理提高秸秆的厌氧发酵产气和产甲烷含量的方 法。 背景技术 0002 木质纤维素是一种丰富的可再生能源， 可以利用厌氧发酵技术转化为生物燃料甲 烷。 稻草作为木质纤维素类材料的一种， 在我国每年产量高达10亿吨， 但其主要成分木质 素、 纤维素。
6、和半纤维素三种成分紧密交联在一起形成复杂碳水化合物结构不利于微生物对 纤维素的利用， 导致秸秆有效降解率低， 厌氧发酵产气效率低， 近年来通过大量试验研究证 明， 适当的预处理技术可以破坏秸秆的结构或将其降解成简单的小分子物质， 进而提高发 酵效率。 0003 已有的秸秆预处理工艺主要包括物理法， 化学法， 生物法与物理化学法。 但物理法 如热处理法需高温高压， 对设备要求高； 生物法需要长期培养且不便于检测； 化学试剂法应 用范围广， 效果好， 但如NaOH和H2SO4腐蚀性强， 储存不便且配制过程危险， 如果添加后造成 二次污染后处理麻烦， 造成成本偏高。 0004 中国专利申请CN200。
7、710178181.7公开了一种使用生物预处理秸秆发酵制备氢气 的方法， 其中采用木霉对秸秆进行生物预处理后， 将生物预处理的秸秆与未处理的秸秆混 合， 然后与产氢污泥一起进行发酵制备氢气。 所使用的原料为农作物秸秆， 其资源丰富， 价 格低廉， 有效地解决了生物制氢的资源问题， 同时， 还可克服传统秸秆纤维原料制氢过程效 率低的缺陷， 具备方法简单高效、 节能、 成本低等突出优点。 0005 中国专利申请201810176982.8公开了一种玉米秸秆的预处理方法， 该方法是将玉 米秸秆经粉碎或机械截断后， 添加Ca(OH)2和水， 混匀后密封静置处理， 之后通入二氧化碳 进行中和。 处理后的。
8、秸秆， 经过酶解后还原糖含量最高可达0.7g/g干秸秆， 是理论值的90% 以上。 预处理秸秆易为生物转化利用， 具有较大的使用价值。 0006 但是， 寻找新型有效的预处理方法依旧具有很大的研究意义。 目前， 对于金属预处 理秸秆的文献研究很少， 文献： 杨立. 秸秆厌氧发酵产沼气工艺中关键因子的研究D. 湖 北工业大学, 2009.中使用适量的金属离子预处理秸秆可以促进厌氧发酵， 其中铜离子、 镁 离子促进效果均较强， 文献： 曾国明. 玉米秸秆发酵前金属离子处理及动力学研究D. 重 庆大学， 2012. 研究中铝离子预处理后秸秆物料纤维素结晶度降低， 酶解还原糖产率有很 大的提高。 但是。
9、迄今为止， 还未见用AlMgCu合金对秸秆进行预处理的沼气发酵的相关报导。 发明内容 0007 为了解决现有技术中存在的问题， 本发明提供一种预处理秸秆的沼气发酵方法， 采用一定参数下的AlMgCu合金粉预处理秸秆提高其厌氧发酵产气性能， 尤其是提高甲烷含 量。 本发明省去了现有化学法需要配置或生物法需培养等预处理前期繁琐的准备， 预处理 说明书 1/4 页 3 CN 109234320 A 3 条件温和， 对设备要求低， 能耗低， 预处理后的秸秆产气量提高20%左右， 甲烷产量提高25% 左右， 可实现大量秸秆的资源化和能源化。 0008 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种预处理秸。
10、秆的沼气发酵方法， 采 用AlMgCu合金粉作为预处理试剂对秸秆进行预处理。 0009 在本发明的优选的实施方式中， 所述的预处理为： 秸秆在从农田取回后自然风干 经粉碎机粉碎， 风干， 添加一定量的水， 然后向浸润的秸秆中加入AlMgCu合金粉。 0010 在本发明的优选的实施方式中， 所述的预处理的条件为： 温度为20-50， 操作压 力为常压， 反应时间3-5d。 0011 在本发明的优选的实施方式中， 所述的粉碎为将其粉碎至20目左右备用。 0012 在本发明的优选的实施方式中， 所述的AlMgCu合金粉的添加量为秸秆TS质量分数 的1-6%； 更优选为1-4%； 最优选为1-2%。 。
11、0013 在本发明的优选的实施方式中， 所述的AlMgCu合金粉的组成为Al:8095%， Mg:2 10%， Cu:210%， 其粒度为200-300目。 其可以通过本领域通用的合金制备方法制备得到。 0014 在本发明的优选的实施方式中， 所述的沼气发酵方法还包括将秸秆和AlMgCu合金 粉搅拌均匀后， 向预处理好的秸秆中添加厌氧消化污泥为产甲烷接种物， 进行接种， 同时加 水， 接入沼气池进行中温发酵。 0015 在本发明的优选的实施方式中， 在接种过程中， 接种比为秸秆TS： 接种物TS=3： 1， 调节pH值为6.8-7.2， 便于产甲烷菌生存， 同时补加水至混合液中稻草TS为40g。
12、/L。 0016 在本发明的优选的实施方式中， 用Ca （OH）2作为pH值调节剂； 所述的中温发酵的发 酵温度为30-50； 预处理加水量为原料TS质量的6倍； 所述的厌氧消化污泥为猪粪消化液。 0017 在本发明的优选的实施方式中， 采用序批式发酵方式， 实验装置为气体联通厌氧 消化装置。 0018 本发明将上述沼气发酵方法与未经过上述处理的方法进行比较和对照， 在预处理 过程中检测COD和pH值， 发现经过3d预处理后均趋于稳定， 甲烷产率明显提高。 0019 与现有技术相比， 本发明的优点在于： （1） 预处理试剂活性低没有强腐蚀性和易燃易爆等危险， 便于储存， 使用方法简便安 全。 。
13、0020 （2） 预处理条件温和， 所需温度压力条件均易达到， 设备相对简单， AlMgCu添加量 少， 在实际生产中可实现低成本低污染下提高厌氧发酵性能。 0021 （3） 预处理后先调节pH在7左右有益于产甲烷菌的活性， 可一定程度上缓解甚至避 免酸化现象产生。 0022 （4） 不同金属含量的AlMgCu合金粉预处理均可有效提高秸秆厌氧发酵性能， 包括 总产气和累积产甲烷量。 2030左右添加1-4% （相对秸秆TS质量分数） 的AlMgCu的试验中 甲烷产量比未处理组提高了8.5%23.6%； 不同预处理温度下预处理试验组总产气比未处理 组提高了17%24%， 甲烷产量比未处理组提高了。
14、25%左右。 附图说明 0023 下面结合附图做进一步的说明： 图1为实施案例1日产甲烷量图； 说明书 2/4 页 4 CN 109234320 A 4 图2为实施案例1累积产气量图； 图3为实施案例1累积甲烷量图； 图4为实施案例2累积产气量图。 具体实施方式 0024 下面结合附图和具体实施例对本发明的方法和效果作进一步的详细说明。 0025 实施例1 厌氧发酵反应器总体积为500mL， 经过粉碎至20目左右的稻草添加量为20gTS， 所用预 处理试剂为粒度200目的AlMgCu合金粉， 所述的AlMgCu合金粉的组成为Al:9095%， Mg:2 10%， Cu:210%， 接种物为猪粪。
15、消化液， 添加量约为6.67gTS， 满足添加比为稻草TS： 接种物TS =3:1。 0026 称取每份为20gTS的秸秆于自封袋内， 分别加入质量分数 （相对稻草TS质量） 从低 到高为w1%、 w2%、 w3%、 w4%的AlMgCu合金粉， 再添加6倍 （相对秸秆TS质量） 水， 混匀密封， 在20 50水浴加热， 3d后接种厌氧消化污泥， 开始厌氧发酵。 将预处理后的稻草和接种物一起转 移至自制厌氧发酵装置中， 发酵瓶体积为500mL， 加水至有效体积400mL， 添加Ca （OH）2调节 pH值在适宜产甲烷菌生存的范围 （6.87.2） 内， 橡胶塞密封， 用胶管与集气瓶相连， 排水。
16、集 气法测定产气量， 置371恒温水箱中温发酵， 发酵开始后早晚摇晃每个发酵瓶30s， 避免 上层浮渣堆积不利于微生物接触导致产气量低。 对照组为未处理的稻草。 0027 甲烷日产气图见图1， 从图中可以看出AlMgCu合金粉的预处理可以提高甲烷日产 气量， 随着AlMgCu合金粉添加量的增加日产气最高峰先增加后减少， 图2的累积产气量和图 3的累积产甲烷量中， 添加AlMgCu比未处理组分别提高了8.1%23.6%， 8.5%23.6%。 0028 表1为单位TS、 VS产气量， TS和VS减少的多少表示物料被厌氧微生物利用的情况， 表1中 AlMgCu预处理后单位TS、 VS甲烷产量比未处。
17、理提高了8.5%23.3%， 其中2%时效果最 好。 25预处理时累积甲烷产量比未处理组提高了24%左右。 表1 单位TS、 VS产气量 实施例2 用含量为Al： 8090%， Mg： 510%， Cu： 510%的AlMgCu合金粉作为预处理试剂， 合金粒度 为200目。 0029 称取两份20gTS的秸秆于自封袋内， 加6倍水， 一份秸秆添加相对秸秆TS质量分数 w1% （同实施案例1中w1%） 的AlMgCu， 加水搅匀后， 在从低到高选取T1(2030)、 T2（3040 ） 和T3（4050） 三个温度下水浴加热， 一份不作预处理作为对照组。 3d后接种猪粪消化 液， 加水至发酵瓶最。
18、大工作体积400mL， 发酵开始。 说明书 3/4 页 5 CN 109234320 A 5 0030 图4为累积产甲烷图， 从图中可以看出该案例中AlMgCu合金粉在低温预处理下便 能提高秸秆产甲烷能力。 随着温度的升高发现总产气虽稍微下降， 但甲烷产量基本相同， 甲 烷值比未处理组提高了24%。 其中， 温度为T1时2% AlMgCu TS （VS） 产甲烷量为219.55 （252.94） mL， 未处理组为177.19 （204.13） mL。 0031 虽然， 上文中已经用一般性说明、 具体实施方式及试验， 对本发明作了详尽的描 述， 但在本发明基础上， 可以对之作一些修改或改进， 这对本领域技术人员而言是显而易见 的。 因此， 在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进， 均属于本发明要求保护的 范围。 说明书 4/4 页 6 CN 109234320 A 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 109234320 A 7 图3 图4 说明书附图 2/2 页 8 CN 109234320 A 8 。