[發明專利]一種電場和微波耦合強化海藻厭氧發酵制取甲烷的方法

有效

• 申請號: 201710363553.7
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107130002B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 徐姍楠;夏禛;王爽
• 申請（專利權）人: 中國水產科學研究院南海水產研究所
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華;劉艷麗

本發明公開了一種電場和微波耦合強化海藻厭氧發酵制取甲烷的方法，包括以下步驟：(1)選取海藻，預處理后，加入水或其他溶液，得海藻混合液；(2)取步驟(1)中的海藻混合液，先進行微波預處理，再進行加熱預處理；(3)將經步驟(2)微波預處理和加熱預處理的海藻混合液在直流電場和微波的作用下進行厭氧發酵處理，在厭氧發酵過程中產生有甲烷，收集產生的甲烷即可。該方法通過弱電場和微波的耦合作用實現海藻高效厭氧發酵產甲烷，發酵速度快和系統運行高效。

技術領域

本發明屬于海藻資源化處理技術領域，具體涉及一種電場和微波耦合強化海藻厭氧發酵制取甲烷的方法。

背景技術

世界能源需求不斷增長，然而石油、煤炭等不可再生燃料的過度開發利用等一列問題導致了能源匱乏和環境污染等全球性問題。在新的能源形式下，世界各國開始將目光聚集到新能源和可再生能源領域，生物質能源是最安全、最穩定的能源，世界各國都針對生物能源產業制定了一系列的鼓勵和刺激政策。作為緩解當今我國面臨的“糧食、能源、環境”三大危機的有效途徑之一，厭氧發酵技術已廣受關注。厭氧發酵技術是生物質能源化、資源化利用的一種有效途徑。早在幾千年前人類已開始對厭氧消化技術加以挖掘利用，在科學飛速發展的今天，從現行市場生物厭氧工藝和技術看，無論小型厭氧工藝設備，還是大型工廠化厭氧工藝設備，都遵循著極力滿足和維護生物厭氧工藝環境，及生物生長的要求。例如，生物厭氧需要無氧，在工藝和技術上就設法做到密閉。生物厭氧需要溫度，在工藝和技術上就設法加溫。生物厭氧需要相互流動，在工藝和技術上就設法攪動。生物厭氧需要增加菌種，在工藝和技術上就設法人工培養菌種添加或活化渣泥回流，留住菌種。厭氧發酵技術是能將生物質資源多層次轉化為能源甲烷和優質有機肥的有效方法。

相對陸生能源作物而言，海藻作為厭氧發酵制取甲烷的生物質原料具有三個優勢。首先，海藻光合作用效率高、生長迅速且生物質產量高，生物質產量為玉米的9倍。其次，海藻作為水生生物，大規模培養不占用寶貴的耕地面積。此外，海藻成分中很少含有在陸地高等植物中大量存在的木質纖維結構，相對容易水解和發酵產氫氣、甲烷。因此，海藻是一種具有大規模能源化應用潛力的生物質原料。

對于海藻這種生物質原料，先進行物理或化學處理是必要的，以使之變為較適合于厭氧生物轉化的原料。海藻厭氧發酵之后的尾液中含有大量的小分子有機物，例如乙酸、丁酸和乙醇等，不經過處理直接排放會造成能源損失和環境污染。針對海藻原料厭氧發酵的反應特點，需要研究相應的預處理方法解決海藻降解轉化的難題，提高生物甲烷的得率。

電場刺激技術和微生物工程技術之間發生著日益緊密的聯系。相關研究已經涉及到電場刺激對細胞生長、代謝、酶活以及細胞膜通透性等諸方面的影響作用，并被廣泛應用于環境、生物化工等行業，同時也為生物工程領域提供了新的技術，推動了生物化工及電場技術的發展。在甲烷池中棲息著種類繁多、數量巨大、功能不同的可以將有機物分解產生甲烷的各類微生物。當利用弱電流激發電極反應時可以刺激微生物細胞的生長和代謝，產生促進作用。同時研究結果表明微波處理能夠提高可發酵糖的釋放量；非熱效應對菌體的酶產量有提高作用或對酶的活性有促進作用；微波的振動作用有利于海藻表面新產生氣體的釋放，間接增加了可發酵的面積。因此微波耦合電場強化厭氧發酵技術具有發酵速度快和系統運行高效等優點，如何到達在電場與微波耦合作用下的快速、穩定的甲烷發酵是實現厭氧發酵高效產甲烷的關鍵。

因而，探索海藻高效可綜合利用的發酵制甲烷的方法可實現生物質成分的高效分級利用，大幅度提高產氣率和能量轉化效率，從工程角度實現其資源化具有重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種電場和微波耦合強化海藻厭氧發酵制取甲烷的方法，該方法通過電場和微波的耦合作用可實現海藻高效厭氧發酵產甲烷，發酵速度快，產氣率和能量轉化效率，系統運行高效。

本發明的第一個技術問題是通過如下技術方案來實現的：一種電場和微波耦合強化海藻厭氧發酵制取甲烷的方法，包括以下步驟：

(1)選取海藻，預處理后，加入水或其他溶液，得海藻混合液；