[發明專利]一種奶牛糞便厭氧發酵分步制取氫氣和甲烷的方法

無效

• 申請號: 201010240620.4
• 申請日: 2010-07-29
• 公開（公告）號: CN101914573A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 王振斌;馬海樂;馬曉珂;陳曉寅;常金科
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C02F11/04
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域：

本發明涉及一種奶牛糞便厭氧發酵分步制取氫氣和甲烷的方法，屬于可再生能源利用技術領域。

背景技術：

氫能源以其燃燒值高、清潔無污染、后續性強等諸多優點，被認為是未來最理想的能源。在眾多的制氫技術中，厭氧發酵產氫技術可利用農業廢料、城市垃圾、工業有機廢水和其它生物質制取氫氣，不但產氫成本低，而且反應條件溫和，具有廢物利用、節省能量消耗和凈化環境的重要意義。

在畜禽養殖過程中，產生大量的畜禽糞便。然而現有80％以上的畜禽養殖場沒有綜合利用和污水處理設施，已建的設施和裝備也因處理工藝欠佳、設備性能差等方面的原因，造成嚴重的環境污染，江河污染達92％，極其嚴重影響了周圍環境，制約了農業生產的可持續發展。如何將堆積成災的糞便化害為寶，進行無害化、資源化處理已成為一項世界性難題。目前將奶牛糞便等制備甲烷氣的技術已經基本成熟。傳統厭氧發酵制備甲烷過程，采用含有產氫菌和產甲烷菌的混合菌種，發酵產生的氫氣很快被產甲烷菌利用生成了甲烷。

本發明以奶牛糞便為對象，采用分步法，先對產甲烷菌抑制，保留產氫菌，先生產氫氣，然后將末端產物加入甲烷菌，繼續發酵生產甲烷，是一種變廢為寶、經濟有效、資源利用程度高的方法。

發明內容：

本發明目的是提供一種奶牛糞便厭氧發酵分步制取氫氣和甲烷的方法，操作簡單，以成本低廉、污染強的奶牛糞便為底物，生產生物質氫氣和甲烷。

一種奶牛糞便厭氧發酵分步制取氫氣和甲烷的方法，包括以下步驟：

(1)對奶牛糞便進行預處理

預處理方法可以采用磷酸處理法，也可以采用氫氧化鈉處理法。采用磷酸法預處理奶牛糞便時：奶牛糞便體積(mL)與磷酸質量(g)的比例為100∶(0.625～1.875)，攪拌均勻后，在30～40℃下放置2h，用氫氧化鈉調節pH到6.5；采用氫氧化鈉法預處理奶牛糞便時：奶牛糞便體積(mL)與氫氧化鈉質量(g)的比例為100∶(1～2.5)，攪拌均勻后，在30～40℃下放置2h，用鹽酸調節pH到6～7；

(2)厭氧發酵制備生物質氫氣

采用氮氣吹掃的方法排除發酵容器中的氧氣，在溫度30～40℃條件下，厭氧發酵發酵制備氫氣，由于牛糞中富含各種微生物，經過步驟(1)后，牛糞中的產氫氣微生物得到保留，其他微生物被殺死。

(3)甲烷菌的馴化

以新鮮的奶牛糞100份為基料調節pH至7.0，對10份厭氧活性污泥，于37℃下進行厭氧馴化培養，待發酵產氣結束后，對發酵液進行離心分離，以分離出的污泥沉淀物為接種物即用作發酵制甲烷的接種物，上述份數為體積分數。

(4)厭氧發酵生物質甲烷氣

氫氣發酵結束后，收集制氫液相末端產物，以氫氧化鈉調節pH到7，溫度37℃，添加體積比計為1％上述分離出的污泥沉淀物以氮氣吹掃法排除發酵容器中的氧氣，厭氧發酵制備甲烷；

本發明采用磷酸和氫氧化鈉抑制甲烷菌，利于產氫菌的富集和生長，磷酸添加量最好為1.9g/100mL，累積產氣量、產氫量和氫含量都達到了最大值，100g奶牛糞便分別為516.25mL、336.25mL和65％。氫氧化鈉的添加量最好為2.25g/100mL，100g奶牛糞便的累積產氣量、累積產氫量和氫氣含量分別為570mL、357.5mL和63％，高于磷酸預處理，并且NaOH處理時，奶牛糞便發酵的累積產氣量、產氫量和氫含量都比較穩定，因此，是奶牛糞便預處理及產氫菌富集的最佳方法。

本發明采用的厭氧活性污泥來自污水處理廠，總固形物TS、揮發性固形物VS分別為16.21％、45.48％。制氫液相末端產物的TS?2.1％，乙酸、丙酸和丁酸分別為1761mg/L、520mg/L和2625mg/L。

本發明的優點在于采用分步發酵的方法，得到氫氣和甲烷兩種生物質氣體，原料利用率高，發酵效益高；以奶牛糞便為底物，原料成本低。既能制得生物能源(氫氣和甲烷)，也能夠有效地去除發酵液中的揮發性脂肪酸，從而達到產能、環保雙重效果。

附圖說明

圖1為本發明實驗裝置圖，

圖2為本發明的實驗流程圖，

圖3生物氣H2，CO2和CH4的標準混和樣色譜分析圖。

具體實施方式