[發(fā)明專利]利用木質(zhì)纖維原料產(chǎn)沼氣的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210452993.7
• 申請(qǐng)日: 2012-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102899361A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常志州;葉小梅;陳廣銀;杜靜;馬慧娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院
• 主分類號(hào): C12P7/10
• 分類號(hào): C12P7/10;C12P7/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 程化銘

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種木質(zhì)纖維原料產(chǎn)沼氣的生物后處理方法，屬于農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)與農(nóng)村可再生清潔能源利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在化石能源漸趨枯竭的今天，能源緊張對(duì)全球的影響日益突出，世界開(kāi)始將目光聚集到新生能源領(lǐng)域。在太陽(yáng)能、核能、水能、生物質(zhì)能等諸多新能源中，生物質(zhì)能源是最安全、最穩(wěn)定的能源，也是目前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)的新能源領(lǐng)域。生物質(zhì)資源量龐大，種類繁多，包括所有的陸生植物、水生植物、人類和動(dòng)物的排泄物以及工業(yè)有機(jī)物等。在各種可供人類使用的生物質(zhì)中，木質(zhì)纖維原料占其中的絕大多數(shù)。將木質(zhì)纖維原料厭氧生物產(chǎn)沼氣具有能耗低、產(chǎn)生的沼氣清潔無(wú)污染等特點(diǎn)，且發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣和沼液可作為有機(jī)肥重回土壤，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量的梯級(jí)循環(huán)利用，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的要求。

木質(zhì)纖維原料由大量有機(jī)物和少量無(wú)機(jī)鹽及水構(gòu)成，其有機(jī)成分以纖維素、半纖維素為主，其次是木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、氨基酸、樹(shù)脂、單寧等。其中，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是構(gòu)成木質(zhì)纖維原料細(xì)胞壁的主要成份。然而，厭氧微生物分解利用木質(zhì)纖維素的能力較弱，影響了木質(zhì)纖維原料的厭氧消化產(chǎn)氣性能，表現(xiàn)為作物木質(zhì)纖維原料厭氧消化時(shí)間長(zhǎng)、消化率低、投入產(chǎn)出效益差，進(jìn)而限制了作物木質(zhì)纖維原料在生物產(chǎn)氣方面的大規(guī)模應(yīng)用。因而，通過(guò)預(yù)處理改變作物木質(zhì)纖維原料物理結(jié)構(gòu)或把它預(yù)先降解成簡(jiǎn)單的化學(xué)成分，以利于厭氧菌的消化利用，顯得尤為重要。

目前的預(yù)處理方式主要包括堿處理、酸處理、爆破、濕式氧化技術(shù)和生物降解處理等，其中，生物處理是目前使用較多的預(yù)處理方式。生物預(yù)處理可以很好的破壞木質(zhì)纖維原料的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，將被木質(zhì)素包裹的纖維素裸露出來(lái)，增加了微生物與纖維素類物質(zhì)接觸的機(jī)會(huì)，有利于提高木質(zhì)纖維原料的生物轉(zhuǎn)化率。但是，由于生物預(yù)處理過(guò)程中，微生物不僅為分解破壞厭氧微生物難利用的木質(zhì)素和結(jié)晶態(tài)纖維素，更多的是分解利用可被厭氧微生物分解利用的纖維素、半纖維素類物質(zhì)，預(yù)處理后木質(zhì)纖維原料的干物質(zhì)損失嚴(yán)重，從而降低了原料的累積產(chǎn)氣量。此外，由于木質(zhì)纖維原料結(jié)構(gòu)蓬松，原料的生物預(yù)處理生物菌劑的用量很大，預(yù)處理場(chǎng)所的需求以及工作量都很大，且菌劑與木質(zhì)纖維原料很難混合均勻，降低了生物預(yù)處理的效率，增加了沼氣工程運(yùn)行成本，以上問(wèn)題影響了生物預(yù)處理的工程應(yīng)用。因此，發(fā)展一種木質(zhì)纖維原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣新方法以解決以上問(wèn)題迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：現(xiàn)有木質(zhì)纖維原料產(chǎn)沼氣的生物預(yù)處理技術(shù)，意在利用木質(zhì)纖維類降解微生物對(duì)阻礙厭氧微生物分解破壞的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，達(dá)到提高木質(zhì)纖維原料水解率，增加原料產(chǎn)沼氣量的目的。在實(shí)踐中，通過(guò)生物接種預(yù)處理確實(shí)提高了木質(zhì)纖維原料產(chǎn)沼氣率，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，所接種微生物在破壞木質(zhì)纖維原料木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也消耗了木質(zhì)纖維原料中可被厭氧微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)沼氣的易降解有機(jī)物，如半纖維素、水溶性有機(jī)物等。因此，在計(jì)算生物預(yù)處理?yè)p耗木質(zhì)纖維原料有機(jī)物產(chǎn)氣潛力后發(fā)現(xiàn)，生物預(yù)處理并沒(méi)有明顯增加木質(zhì)纖維原料底物的產(chǎn)氣量。本發(fā)明提出一種后處理提高木質(zhì)纖維原料厭氧生物產(chǎn)沼氣的方法，即木質(zhì)纖維原料經(jīng)粉碎后直接進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，發(fā)酵后的沼渣經(jīng)脫水后接種白腐菌等微生物，處理后再次接種進(jìn)行厭氧生物產(chǎn)沼氣，最終達(dá)到提高木質(zhì)纖維原料厭氧生物產(chǎn)氣量、降低預(yù)處理成本的目的。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種利用木質(zhì)纖維原料產(chǎn)沼氣的方法，其特征在于：工藝由木質(zhì)纖維原料一次厭氧發(fā)酵、生物處理和二次厭氧發(fā)酵構(gòu)成，具體步驟如下：

a）將木質(zhì)纖維原料切碎至不大于5cm的小段；

b）將切碎的原料加入到厭氧反應(yīng)器中作為發(fā)酵物，在發(fā)酵物中接種接種物，接種物的接種量為發(fā)酵物干重的5％~30％，接種后混合均勻；

c）向厭氧反應(yīng)器中加水，將反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵物初始干物質(zhì)濃度調(diào)節(jié)至3~30%，密封反應(yīng)器，進(jìn)行一次厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，反應(yīng)溫度為15~60℃；

d）待一次厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣高峰期過(guò)后，將厭氧反應(yīng)器內(nèi)的一次厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣高峰過(guò)后的沼渣取出，機(jī)械脫水至含水率為60~75%；

e）對(duì)機(jī)械脫水后的沼渣接種微生物菌劑，微生物菌劑接種量為1~3%，置于20~35℃、好氧通氣條件下發(fā)酵2~7天，形成有氧發(fā)酵后的木質(zhì)纖維原料沼渣；

f）將獲得的木質(zhì)纖維原料沼渣調(diào)節(jié)pH?6.9~7.1，置于厭氧反應(yīng)器內(nèi)內(nèi)作為發(fā)酵物，再次接種接種物，接種物的接種量為發(fā)酵物干重的5％~30％，接種后混合均勻再進(jìn)行二次厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，厭氧反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵物初始干物質(zhì)濃度為3～30%，反應(yīng)溫度為15-60℃。