菌糠废料生物质燃料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种菌糠废料生物质燃料的制备方法，完善菌糠废料生物制燃料的制备方法，为食用菌产业的发展提供了新的思路。

背景技术

菌糠又名食用菌栽培废料或余料，是食用菌培养后的培养基中的剩余物质，通常食用菌的栽培是以木屑和秸秆为原料的。在食用菌栽培过程中，菌糠经食用菌酶解后，其菌丝残体变为结构发生质变的粗纤维等成分化合物。含有大量的纤维素和半纤维素的木屑、棉籽壳、麦麸等物质通常被用作食用菌的栽培基质，这些栽培基质可以使食用菌分泌纤维素酶和木聚糖酶，大分子物质在酶作用下分解成小分子物质[刘莹莹,张坚,王红兵,等.菌糠酶提取与制备方法研究[J].湖南农业科学.2010(1):88-89.]，进而使食用菌生长的更好，采收食用菌剩下的菌糠残留了一定量的木聚糖酶和纤维素酶。木质素的降解在种植食用菌的过程中通过木质素降解酶来实现。菌糠经水热或酸催化剂预处理过程可以提供加速酶法水解，进一步有利于生物过程[马怀良,龚振杰,陈鑫,等.3种食用菌菌糠纤维素酶和木聚糖酶部分酶学性质[J].安徽农业科学,2010,38(28):15479-15480.]。

随着农业产业化的不断深入，食用菌栽培已实现产业化，栽培量大大增加，每年所产生的菌糠量也相应增加，且比较集中，对其资源化利用应引起足够重视。目前工厂化食用菌生产过后剩余大量的菌糠废料是生物质资源的重要组成部分。菌糠废料经燃料成型机，采用机械加压的方法，制备成具有一定形状、密度较大的固体生物质燃料，即为菌糠废料成型燃料。将平菇生长后的菌糠加压增密制成柱状固体燃料，其燃值在3400-4000大卡之间，接近标准煤7000大卡的一半，灰分为5％左右，含硫量在5‰以下，是高挥发性的固体燃料[赵帆,韩泽坤,王新剑,等.平菇菌糠生物质燃料循环利用系统[J].农技服务,2016,10(33):165,142.]。

目前国内菌糠废料燃料成型机大多是借鉴国外压块技术和饲料成型机，直接导致我国菌糠废料成型燃料机存在结构不合理、生产效率偏低、能耗偏高等缺陷，影响推广应用。菌糠是食用菌栽培后的废弃物，它具有粒度均匀、结构疏松、含水率低等特点。菌糠在食用菌种植中已产生一定经济效益，若将菌糠进一步高效利用，则可以额外增加种植收益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种菌糠废料生物质燃料的制备方法，对菌糠废料进行预处理，旨在降低其水分和挥发性物质，继而进入目前普遍使用的菌糠废料燃烧成型机，提高其生产效率、降低成型机使用的能耗。

为解决上述技术问题，本发明菌糠废料生物质燃料的制备方法，包括步骤：

(1)菌糠废料的常温晾晒：将食用菌生产企业使用结束的新鲜菌糠于自然通风处晒晾，菌糠尽量采取平铺，或采取交错、井字型排列，旨在除去大部分外在水分，菌糠表面变硬即可停止晾晒。在南方地区的夏季和秋季，由于自然温度较高、通风量大，水分散失速度快，故晾晒5-7天即可；冬季和春季，则需放置10-15天。这一操作可以极大的降低菌糠表面的水分，经过7-15天的晾晒，可将原本50％的含水量降低至35％左右，显著地减轻了后续烘干成型的设备使用能耗。

如若使用废菌棒则需将其包裹的聚丙烯薄膜去除，由于前期菌棒已经过晾晒，大部分外在水分已散失，因此菌棒主体与薄膜已分离，较容易将外在薄膜去除。床栽、箱栽或盆栽食用菌的菌糠废料则无需此步骤。

(2)菌糠废料的粉碎：将菌糠机械破碎成粒径3-5mm均匀颗粒，过筛去除微小颗粒。

(3)调pH：食用菌的菌糠废料pH一般偏酸(5.5-6.5)，为此需添加碱液将pH调至7.5-8.3，中性偏碱，为后续添加聚谷氨酸提供合适的pH环境。可采用氢氧化钙、石膏等常见碱性物质，添加比例为2-5％(质量百分比)。

(4)添加1.0-2.0升每平米的γ-PGA吸水达到饱和状态时的胶体溶液：聚谷氨酸(γ-PGA)是一种水溶性、不含毒性、可生物降解的生物高分子；它能吸附周边环境的水分膨胀体积变大，也能吸附环境中的重金属如Pb2+、Cu2+、Cd2+、Cr2+、Al3+及As4+等使其形成沉淀。民众普遍认为食用菌重金属含量较大，其源于栽培料；因此，菌糠废料中的重金属依然存在，这些物质在后期制成燃料也会转化成环境污染物。如，栽培料中添加的过磷酸钙中的重金属(Cd)部分通过食用菌的生长、转化富集到食用菌体内，部分仍残留在菌糠废料中[陈亚精.常见食用菌对五种有害重金属的吸附及其危害分析评估[D].2016,华南农业大学.]。聚谷氨酸在pH中性偏碱时，分子形态呈伸展状态，粘性增加，吸附性能提高。本发明添加γ-PGA水浸液，与菌糠废料拌匀，在γ-PGA吸足了水分膨胀后，能够把其周围的空间撑大，加大菌糠废料的空隙，增加之后晾晒水分的蒸发(菌糠废料中添加聚谷氨酸，可以吸水保湿，聚谷氨酸吸足了水分膨胀后，能够把其周围的空间撑大，进而加大菌糠废料的空隙，有利于其他挥发物质的散发，从而降低后期烘干的能耗)；同时，γ-PGA与菌糠中的各种重金属发生螯合反应。经过3-5天的此操作，菌糠废料中的含水量可降低至30％左右。

(5)通风晒晾3-5天：除去因胶体溶液添加引入的水分及菌糠废料中的水，同时给予胶体溶液中的γ-PGA与菌糠中的各种重金属发生螯合反应的时间，使其充分接触反应。

(6)加工成型制成生物质燃料：将菌糠废料在加热条件下烘干、压榨成型即可，60-65℃烘干4h，或75-85℃烘干2h。由于菌糠前期做了预处理(2次晾晒、添加γ-PGA)，大大降低了加工成型的工作条件；目前国内企业加工成型的条件一般为90-100℃烘干5-6h，降低了制取生物制燃料的能耗，而前期晾晒所需的能耗取自自然界，不会额外增加企业负担，通过微生物发酵生产的γ-PGA，购买成本低(150元/公斤)。

本发明方法具有高效、普适、快速、便捷、安全的优点，对菌糠进行预处理，基于不增加企业生产投入成本和额外能耗的基础完成，菌糠废料采用此法后获得的生物质燃料的燃烧性能符合国家相关标准，可极大地降低燃料制成的能耗，提高企业的生产效益，为国内食用菌行业提供了新的思路，提高菌糠制成生物质燃料的生产效率和改善生物制燃料的燃烧特性。本发明方法可显著降低制备生物制燃料的能耗(电能)，而前期晾晒所需的能耗取自自然界，不会额外增加企业负担；通过此法制成生物质燃料，可替代煤、燃气、燃油等传统燃料，“燃料颗粒”的生产成本低至600元/吨，“燃料颗粒”市场需求量大，售价平均750-1000元/吨，增加了企业创收。

具体实施方式

菌糠废料生物质燃料的制备方法，包括步骤：

(1)菌糠废料的常温晾晒：将食用菌生产企业使用结束的新鲜菌糠于自然通风处晒晾，菌糠尽量采取平铺，或采取交错、井字型排列，旨在除去大部分外在水分，菌糠表面变硬即可停止晾晒。在南方地区的夏季和秋季，由于自然温度较高、通风量大，水分散失速度快，故晾晒5-7天即可；冬季和春季，则需放置10-15天。

如若使用废菌棒则需将其包裹的聚丙烯薄膜去除，由于前期菌棒已经过晾晒，大部分外在水分已散失，因此菌棒主体与薄膜已分离，较容易将外在薄膜去除。床栽、箱栽或盆栽食用菌的菌糠废料则无需此步骤。

(2)菌糠废料的粉碎：将菌糠机械破碎成粒径3-5mm均匀颗粒，过筛去除微小颗粒。

(3)调pH：添加碱液(采用氢氧化钙、石膏等常见碱性物质，添加比例为质量比2-5％)将pH调至7.5-8.3，为后续添加聚谷氨酸提供合适的pH环境。

(4)添加1.0-2.0升每平米的γ-PGA吸水达到饱和状态时的胶体溶液。添加γ-PGA水浸液，与菌糠废料拌匀，在γ-PGA吸足了水分膨胀后，能够把其周围的空间撑大，加大菌糠废料的空隙。

(5)通风晒晾3-5天：除去因胶体溶液(γ-PGA)添加引入的水分及菌糠废料中的水，同时给予胶体溶液中的γ-PGA与菌糠中的各种重金属发生螯合反应的时间，使其充分接触反应。

(6)加工成型制成生物质燃料：将菌糠废料在加热条件下烘干、压榨成型即可，60-65℃烘干4h，或75-85℃烘干2h。

以企业种植草菇(嘉兴时金秋生态农业有限公司)后的废菌渣为研究对象。该企业种植草菇的栽培料为：75％杏鲍菇废料，15％切碎的稻草，10％麦麸，2-5％石灰，含水量68％，pH值9。杏鲍菇废料主要含有木屑、玉米芯、麸皮和石灰。采用上述方法最终的加工成型制成生物质燃料，整个制备周期约为10天(夏秋季节)或15天(春冬季节)。制成的生物质燃料其低位热值为17.68MJ/Kg，水分含量为10.04％，灰分8.12％，挥发分58.02％，固定碳12.36％，符合国家标准《生物质固体成型燃料技术条件》(NY//T 1878-2010)。

以企业栽培杏鲍菇(苏州润正生物科技有限公司)后的废菌包为研究对象。该企业栽培杏鲍菇的栽培料为：37％木屑、30％玉米芯、30％麸皮，3％石灰，含水量65-68％，pH值8。采用上述方法最终的加工成型制成生物质燃料，整个制备周期约为14天(夏秋季节)或20天(春冬季节)。制成的生物质燃料其低位热值为19.08MJ/Kg，水分含量为12.24％，灰分9.12％，挥发分59.52％，固定碳17.01％，符合国家标准《生物质固体成型燃料技术条件》(NY//T 1878-2010)。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。