秸秆青贮生产沼气的方法与流程

1.本发明涉及一种秸秆青贮生产沼气的方法，属于农业固体废弃物 处理与资源化领域。


背景技术：

2.农作物秸秆是最丰富的生物质资源，但目前利用率低，除一部分用于造纸、饲料外，大 部分被焚烧，不但造成资源浪费，还会对环境带来污染。利用秸秆生产沼气是秸秆资源化利 用的有效方法，然而秸秆结构复杂，在正常条件下很难被微生物高效利用。目前利用秸秆产 沼气多采用秸秆与畜禽粪便混合后进行厌氧发酵，但发酵效率低、秸秆利用率不高，且处理 的秸秆量有限。因此，开发高发酵效率，高秸秆消化率的方法是秸秆沼气化利用的关键。
3.液相发酵是厌氧发酵过程中最高效的发酵方式，如能通过一定的处理方法将秸秆中的有 机成本转化到液相中，采用液相发酵产沼气，则会大大提高发酵的效率。然而，干秸秆的成 分以木质纤维素为主，木质纤维素结构稳定，如将其溶解则会耗费巨大的能耗，造成运行成 分大幅度提高。研究发现，刚收获的青秸秆中可溶性组分要大大高于风干后的秸秆，但如不 加以保存，这些可溶性组分就会被微生物消耗或通过植物的生理作用转化为木质纤维素，造 成后续处理困难。然而，秸秆的收获期较短，要想保持其中的可溶性组分必须进行青贮，因 此，寻找适合于后续秸秆发酵的青贮方法是秸秆高效发酵产沼气的又一关键问题。
4.本发明通过对秸秆进行青贮，保证了青秸秆中的可溶性有机成分不被微生物利用或被转 化为木质纤维素，降低了后续处理的成本。并对青贮后的秸秆进行处理，将秸秆中大部分有 机成分转移到液相中，采用液相厌氧发酵的方式进行沼气生产，大大提高了发酵效率和秸秆 的利用率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种农作物秸秆的高效、低成本的沼气化生产技术，与其它技术相比具有发酵效率高、残渣量少的特点。
6.本发明是采用如下技术方案实现的：一种秸秆青贮生产沼气的方法，其特征是至少由以下工序组成；（1）将刚收获的青秸秆破碎到10mm至30mm间的长度；（2）将破碎后的秸秆与青贮添加剂混合；青贮添加剂为硝酸或乙酸或氨水溶液，添加 剂溶液的质量浓度为2%-10%，且添加剂溶质添加重量比例为秸秆重量的 1/100-1/1500。
7.（3）将上述混合物在厌氧条件下进行密闭保存30-90天，得到青贮秸秆。
8.一种青贮秸秆生产沼气的方法，其特征是至少由以下工序组成：（1）将青贮秸秆与水按重量比1:5-1:20的比例进行混合，浸泡时间为2-8h，浸泡温度 为室温；
（2）将浸泡后的秸秆进行固液分离；（3）将工序（2）中分离得到的固体在添加催化剂的条件下进行水热反应；催化剂为硫 酸或硝酸或盐酸或铁盐溶液的一种，所用酸溶液的重量浓度为0.5%-2%，所用铁 盐溶液的摩尔浓度为0.01mol/l-0.05mol/l，且催化剂溶质重量与秸秆的重量比为 1:200-1:25，反应温度为80-200℃，反应时间5-180min；（4）将工序（3）中水热反应后得到的混合物进行固液分离；（5）将工序（4）中得到的液体与工序（2）中得到的液体送入厌氧发酵罐进行沼气生 产。
9.所述的青贮秸秆生产沼气的方法，其特征是将工序（4）得到的固体和工序（5）中得到 的沼渣用于堆肥或其他用途。
10.所述的青贮秸秆生产沼气的方法，其特征是将工序（5）中得到的沼液经处理后回用或排 放。
11.所述的青贮秸秆生产沼气的方法，其特征是所述的铁盐为氯化铁或硫酸铁或硝酸铁中任 意一种。
12.添加剂的加入能够避免环境中的微生物利用青秸秆中的糖，且能抑制植物的生理作用， 防止木质化程度加强。
13.反应完成后进行固液分离，分离得到的液体经处理后进入厌氧发酵罐进行厌氧发酵产沼 气，固渣和沼渣经处理后制备有机肥或用作其它用途，沼液经处理后回用或排放。通过两步 处理，可以降低可溶性糖在高温下的降解，减少催化剂的用量，且秸秆中大部分有机质转移 到液相，保证了后续厌氧发酵过程的顺利运行本发明的有益效果：本发明将通过添加一定量的添加剂对刚收获的青秸秆进行青贮，青贮过程能够减少环境 中的微生物对糖类的利用，同时抑制秸秆自身的木质化过程，最大程度的保留青秸秆中游离 糖的含量；青贮后的秸秆通过两步处理将其中大部分的有机质转移到液相，然后液体进行厌 氧发酵产沼气，大大提高了厌氧发酵的效率和秸秆的利用率。
具体实施方式
14.农作物秸秆青贮及青贮秸秆高效生产沼气工艺所示，收获后的青秸秆经破碎系统 破碎后，与青贮添加剂混合后进入青贮系统，青贮完成后的秸秆进入浸泡系统，浸泡一 段时间后进入固液分离系统，分离得到的固体进入水热反应系统，水热反应结束后混合物 进入固液分系统，分离得到的液体与浸泡系统得到的液体进入厌氧发酵系统进行沼气生产，厌氧发酵过程得到的沼液进入沼液处理系统7进行处理后回用或排放，厌氧发酵过程得 到的沼渣与水热反应系统得到的固渣一起进入固渣处理系统8进行堆肥或其它用途。
15.实施例1：将刚收获的青秸秆破碎至10mm，然后与质量浓度为2%的硝酸溶液进行混合，硝酸溶质 与青秸秆的重量比为1:1000，将混合物置于储窖中密闭保存30天，得到青贮秸秆。将青贮秸 秆与水在池中混合进行浸泡，青贮秸秆与水的重量比为1:20，浸泡时间为6h，浸泡完成后将 混合物进行压榨分离，分离得到的液体经稀释，调节后送入厌氧发酵装置进行沼气生产；分 离得到的固体利用质量浓度为1%的硫酸溶液作为催化剂进行水热反应，硫酸溶质与固体的重 量比为1:200，反应温度为120℃，反应时间为60min，反应完成后固液混合物再次进行压
榨 分离，分离得到的液体经稀释，调节后送入厌氧发酵罐产沼气，分离得到的固体用于好氧堆 肥。沼液经处理后用于青贮秸秆浸泡工序。
16.实施例2：将刚收获的青秸秆破碎至20mm，然后与质量浓度为2%的氨水溶液进行混合，氨水溶质 与青秸秆的重量比为1:1500，将混合物置于储窖中密闭保存90天，得到青贮秸秆。将青贮秸 秆与水在池中混合进行浸泡，青贮秸秆与水的重量比为1:10，浸泡时间为8h，浸泡完成后将 混合物进行压榨分离，分离得到的液体经稀释，调节后送入厌氧发酵装置进行沼气生产；分 离得到的固体利用质量浓度为0.5%的硝酸溶液作为催化剂进行水热反应，硝酸溶质重量与固 体的重量比为1:100，反应温度为200℃，反应时间为5min，反应完成后固液混合物再次进行 压榨分离，分离得到的液体经稀释，调节后送入厌氧发酵罐产沼气，分离得到的固体用于好 氧堆肥。沼液经处理后用于青贮秸秆浸泡工序。
17.实施例3：将刚收获的青秸秆破碎至30mm，然后与质量浓度为10%的乙酸溶液进行混合，乙酸溶 质与青秸秆的重量比为1:100，将混合物置于储窖中密闭保存60天，得到青贮秸秆。将青贮 秸秆与水在池中混合进行浸泡，青贮秸秆与水的重量比为1:5，浸泡时间为4h，浸泡完成后 将混合物进行压榨分离，分离得到的液体经稀释，调节后送入厌氧发酵装置进行沼气生产； 分离得到的固体利用摩尔浓度为0.05mol/l的三氯化铁溶液作为催化剂进行水热反应，三氯 化铁溶质与固体的重量比为1:25，反应温度为90℃，反应时间为90min，反应完成后固液混 合物再次进行压榨分离，分离得到的液体经稀释，调节后送入厌氧发酵罐产沼气，分离得到 的固体用于热解消纳。沼液经处理后用于青贮秸秆浸泡工序。
18.实施例4：将刚收获的青秸秆破碎至30mm，然后与质量浓度为6%的乙酸溶液进行混合，乙酸溶质 与青秸秆的重量比为1:500，将混合物置于储窖中密闭保存30天，得到青贮秸秆。将青贮秸 秆与水在池中混合进行浸泡，青贮秸秆与水的重量比为1:15，浸泡时间为5h，浸泡完成后将 混合物进行压榨分离，分离得到的液体经稀释，调节后送入厌氧发酵装置进行沼气生产；分 离得到的固体利用摩尔浓度为0.01mol/l的硝酸铁溶液作为催化剂进行水热反应，硝酸铁溶 质的重量与固体的重量比为1:75，反应温度为80℃，反应时间为180min，反应完成后固液混 合物再次进行压榨分离，分离得到的液体经稀释，调节后送入厌氧发酵罐产沼气，分离得到 的固体用于热解消纳。沼液经处理后用于绿化用水。
19.实施例5：本实施例与实施例3相同，所不同的是浸泡后分离得到的固体利用摩尔浓度为0.05mol/l 的硫酸铁溶液作为催化剂进行水热反应，且反应温度为150℃，反应时间为10min，反应完成 后固液混合物再次进行压榨分离，分离得到的液体经稀释，调节后送入厌氧发酵罐产沼气， 分离得到的固体用于好氧堆肥。沼液经处理后排放。
20.实施例6：本实施例与实施例5相同，所用硫酸铁溶液的摩尔浓度为0.01mol/l，且反应温度为 200℃，反应时间为5min。