[發(fā)明專利]一種用于提高生物質原料厭氧消化產甲烷產量的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410393473.2
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104152493A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 奚永蘭;常志州;葉小梅;徐蓉;杜靜;陳廣銀
• 申請（專利權）人: 江蘇省農業(yè)科學院
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓

技術領域

??本發(fā)明屬于農業(yè)廢棄物處理技術領域，具體涉及一種用于提高生物質原料厭氧消化提高甲烷產量的方法。

背景技術

利用可再生生物質資源生產可替代化石能源的生物質能源受到日益關注。目前生物質能利用技術包括固化成型、熱化學轉化、厭氧發(fā)酵等多種方式，其中以產甲烷發(fā)酵為代表的厭氧發(fā)酵技術，主要是利用厭氧微生物將生物質轉化為CH₄、CO₂或者H₂。CH₄具有較高的燃燒熱值（802.3?kJ/mol），是理想的能源物質。厭氧發(fā)酵技術由于可以在生產清潔能源的同時實現環(huán)境凈化，并且發(fā)酵剩余物還可以作為有機肥料，兼具能源、環(huán)保和生態(tài)三方面效益，是解決當前的能源、環(huán)境問題的切實可行手段，因此具有廣闊的應用前景。

目前沼氣工程應用現狀還是主要集中在對不同原料的預處理方式以及混合原料厭氧發(fā)酵產甲烷的研究，對厭氧發(fā)酵體系自身的代謝調節(jié)及產能機制上研究較少。在混合原料厭氧發(fā)酵制備甲烷方面，國外普遍采用混合原料，而國內大型沼氣工程以動物糞便為主，采用秸稈為原料的很少；容積產氣率國外1.5?m³/m³·d，國內0.8?m³/m³·d。我國農作物秸稈資源豐富，全國每年可收集利用的秸稈量約7億噸，在民間，焚燒掉的秸稈導致了嚴重的環(huán)境污染和社會問題，將秸稈最大程度的收集并高效產甲烷成為研究的熱點。

厭氧發(fā)酵過程只能通過中間代謝產物將還原力NADH再生，在厭氧合成體系存在還原力NADH不平衡現象。生物質厭氧消化產甲烷作為一種典型的厭氧發(fā)酵過程，也同樣存在還原力供應不足的現象，導致甲烷的產值較低，但是鮮有報道針對活性污泥厭氧發(fā)酵體系還原力調控發(fā)酵過程的研究。因此，在厭氧消化產甲烷條件下維持反應系統(tǒng)合適的還原力將能從厭氧呼吸強化方面提高沼氣中甲烷含量以及甲烷自身代謝中合成更多的甲烷，達到產甲烷的高效、可控生產，為提高秸稈能源化利用效率提供新的思路。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種用于提高低劣生物質原料厭氧消化產甲烷能力的方法，通過添加血晶素或維生素K₂，改善厭氧消化過程中還原力匱乏現象，加速厭氧消化過程中水解速率，縮短發(fā)酵周期，并提高產甲烷菌活性，進而提高甲烷產量。

為了實現上述目的，采取如下技術方案：

一種用于提高生物質原料厭氧消化產甲烷產量的方法，其特征在于，包括如下步驟：

???（1）將生物質原料干物質切碎為1~5cm的小段，備用；

???（2）取接種物備用；

???（3）?在厭氧消化器中，加入上述（1）的生物質原料干物質以及上述（2）的接種物，調整C/N比，加入血晶素或維生素K₂，最后用水補至整個厭氧消化器中所有物料為反應容器有效容積的80%（v/v），并調整初始pH；其中，生物質原料干物質占上述80%有效容積的6~10%（g/100mL），接種物占上述80%有效容積的60%（g/100mL）。

???（4）封閉厭氧消化，反應溫度控制在35±2℃，發(fā)酵過程中通過搖動或攪拌方式使物料反應均勻，24~36h內開始產生甲烷，并開始計算平均日產氣量，當發(fā)酵進行到日產氣量低于平均日產氣量的25%時，反應即可結束，進行新一輪投料或接種。?該發(fā)酵過程中通過靜置培養(yǎng)，每天一次混合消化器中的物料使物料反應均勻，防止物料分層，使低劣生物質原料與接種物均勻接觸；或者在發(fā)酵過程中通過攪拌裝置，時物料反應均勻。

?優(yōu)選的，所述的生物質原料為秸稈原料或廚余垃圾；其中，所述的秸稈原料為麥秸稈、水稻秸稈、玉米秸稈、薯類秸稈、油料秸稈、棉花秸稈、甘蔗渣、蔬菜秸稈、水葫蘆一種或幾種混合。本發(fā)明方法適用于各種低劣的生物質原料，尤其是秸稈原料，充分利用了我國資源豐富的農作物秸稈。

????本發(fā)明所述的接種物適用于任一產甲烷菌或復合菌（菌劑）。為了凸顯本明在生產清潔能源的同時實現環(huán)境凈化，并且發(fā)酵剩余物還可以作為有機肥料，兼具能源、環(huán)保和生態(tài)三方面效益，優(yōu)選的，所述的接種物為、厭氧污泥或動物糞便。

????優(yōu)選的，所述的厭氧污泥為老沼氣池的沼渣、腐敗河泥或城市污水處理廠的厭氧消化污泥中的一種或多種。

????優(yōu)選的，所述的動物糞便為豬糞、牛糞、雞糞一種或幾種混合。

優(yōu)選的，所述步驟（3）中C/N比調節(jié)至25:1~30:1，pH調節(jié)至7.0~7.6。