[发明专利]通过预处理提高甘蔗渣厌氧消化沼气产量的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物处理与资源化利用领域，更具体是涉及通过预处理提高甘蔗渣厌氧消化沼气产量的技术。

背景技术

甘蔗渣是甘蔗经破碎和榨取蔗汁后的纤维性残渣，是制糖工业的主要副产品。甘蔗渣以纤维素、半纤维素和木质素为主要成分，还含有少量灰分、蛋白质、果胶和脂肪。我国2012年甘蔗产量约1.23亿吨，甘蔗渣至少占甘蔗质量10％～25％，将产生1230万吨以上甘蔗渣。

目前国内大规模集中处理甘蔗渣的技术主要有：①、处理后制备动物饲料、用作植物无土栽培基质或制浆造纸，技术成熟，但该技术需要繁琐的处理步骤以克服甘蔗渣木质化程度高、养分不协调等影响，利用率低；②、生产食品添加剂，产品安全、纯度高，该技术加工步骤复杂，产品得率低且有大量副产物产生；③、制备还原糖和生产燃料乙醇，该技术需要复杂的预处理手段提高酶解效率，成本较高，难以产业化；④、制备活性炭，可用作优良吸附材料，然而该技术需要炭化后活化，产品得率低，生产成本高，步骤复杂；⑤、制备生物质材料，具有独特的优势，但该技术需要预处理除糖，成本高且步骤多，产生有机废水COD浓度高，易污染环境。相比较而言，厌氧消化技术可以更大程度的将甘蔗渣能源化、资源化利用，技术风险较低。且甘蔗渣以木质纤维素为主，生物可降解率高，来源集中、产量大、成分均一稳定，能很好地满足厌氧消化微生物的生长需求，是理想的厌氧消化原料。

沼气是理想的清洁生物能源之一，用沼气代替传统化石燃料可以有效避免大气污染等环境问题，对我国固体废弃物污染控制及节能减排具有重要意义。厌氧消化制沼气工艺的原料来源广、运行成本较低，具有巨大的发展潜力和应用前景。甘蔗渣富含纤维素、半纤维素和木质素，属于木质纤维素类生物质原料，其纤维素被半纤维素和木质素包裹形成难以降解的交联结构，导致厌氧微生物对该类原料的降解能力较弱，厌氧消化水解过程缓慢、水解程度低，从而影响随后的酸化和气化过程，表现为厌氧消化时间长、消化效率低、产气量少等。大量研究表明，厌氧消化前对生物质原料进行有效的预处理可破坏木质纤维素的交联结构，得到易于降解的产物，能一定程度上提高原料的消化率，缩短发酵时间，增加产气量。

国内外关于甘蔗渣预处理技术的报道很少。中国专利申请201310131157.3的发明专利公开了一种甘蔗渣的预处理方法。该工艺将甘蔗渣干燥、粉碎、筛分后用氢氧化钠和双氧水混合水溶液对甘蔗渣进行预处理得到半纤维素和木质素的最大脱除率为78.18％和94.56％，纤维素最高酶水解率为64.37％，所得甘蔗渣材料被酶解后可用于微生物发酵转化乙醇等高附加值产品，可实现甘蔗渣等资源的有效利用。然而，厌氧消化产沼气的生物质原料预处理方法需要综合考虑预处理的效果和成本等多个因素，氢氧化钠和双氧水混合水溶液预处理的成本较高，预处理后需要过滤、使用55～65℃蒸馏水洗涤至中性、干燥等步骤，尚无数据说明该甘蔗渣预处理方法对提高厌氧消化产沼气效能的具体影响，因此，经济有效的预处理方法是甘蔗渣厌氧消化产沼气工艺中亟需解决的一大问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通过预处理提高甘蔗渣厌氧消化沼气产量的方法，该方法通过预处理脱除包裹在甘蔗渣纤维素表面的木质素和半纤维素，降低甘蔗渣纤维素的结晶度，增加微生物与甘蔗渣的接触面积，从而提高厌氧消化效率，达到提高沼气产率和甲烷含量的目的。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种通过预处理提高甘蔗渣厌氧消化沼气产量的方法，包括如下步骤：

1)、将甘蔗渣(含水率为22～26％，重量％)粉碎至10目以下后搅拌均匀，得甘蔗渣碎料；

2)、甘蔗渣碎料预处理，选用以下任一方式：

方式一：

向甘蔗渣碎料中添加5～10质量倍的水和加入氢氧化钙固体，所述氢氧化钙与甘蔗渣碎料的质量比为5.1％～11.9％，混合均匀，静置4天后调节pH(利用盐酸进行调节)至7.0～8.0(例如为7.5)，得氢氧化钙预处理甘蔗渣；

方式二、

向甘蔗渣碎料中添加5～10质量倍的水后放入反应釜中，在密闭的反应釜中用气泵充入空气使压力达0～75kPa(相对压力，即不充入空气时压力为0kPa)，然后在密闭状态下升温(自然升温)至120～200℃(较佳为160～200℃)保持10～30min(较佳为20min)，接着冷却至温度≤60℃(一般为冷却至室温～60℃)并降压至大气压，得水热预处理甘蔗渣；