一種植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法
2023-05-27 09:01:56 1
專利名稱：一種植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法
技術領域：
本發明涉及環境保護、可再生能源技術領域。具體涉及一種植物秸稈厭氧發酵
高效快速產沼氣的方法。
背景技術：
沼氣發酵是自然界存在數十億年的、非常普遍的自然現象。沼氣的主要成分甲 烷是一種簡單的有機化合物，是良好的氣體燃料。而植物秸稈是可再生的，它是地球上 最充足但卻又未得到充分利用的可再生資源之一。植物秸稈制沼氣是減少環境汙染，發 展循環經濟，建立節約型社會的有效途徑。 目前，沼氣發酵工藝包括單相發酵和兩相發酵。單相發酵是指沼氣發酵的產酸 和產甲烷階段合二為一，在同一裝置中調節完成。由於產酸階段發酵液pH值降低， 一方 面會對原料的酸化產生反饋抑制，另一方面也會對產甲烷菌生命活性產生不利影響。兩 相發酵是指產酸階段和產甲烷階段分別在兩個反應器中進行。但是整個厭氧發酵過程是 各個菌群通過代謝，相互連貫和制約，最終達到一定平衡，而兩相厭氧反應過程勢必會 改變穩定的中間代謝產物水平，可能對某些特殊營養型的細菌產生抑制作用，甚至造成 熱力學上不適於中間產物繼續降解的條件，無法得到最優化的發酵條件；從實際生產角 度來說，兩相厭氧工藝雖可提高處理效果，但按兩相工藝的總容積計算，其提高的幅度 並不是很大。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方 法，該方法以單相發酵為基礎，結合兩相發酵的特點，克服了單相發酵和兩相發酵的缺 點。 為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下 —種植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，向粉碎後的植物秸稈中加入水 和活性汙泥，在密閉的反應器中厭氧發酵生產沼氣，在厭氧發酵前，向反應器中加入固 體鹼；其中，所述的固體鹼為有機固體鹼、無機固體鹼和有機無機複合固體鹼中的任意 一種或兩種以上任意比例的混合物。 其中，所述的植物秸稈為小麥秸稈、稻草秸稈、玉米秸稈、水葫蘆秸稈及高粱 秸稈等農作物植物秸杆中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。 其中，所述的有機固體鹼為端基是叔胺或叔膦鹼性樹脂類固體鹼，優選201型 強鹼性陰離子交換樹脂、D301型大孔弱鹼性陰離子交換樹脂和D280陰離子交換樹脂中 的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。 其中，所述的無機固體鹼是水合滑石類陰離子粘土和負載型固體鹼中的任 意一種或兩種任意比例的混合物。水合滑石類陰離子粘土，其化學式可表示為 [Mg2+Ar(HO)x](Am—1/m)*nH20，其中，Am—為C1—或C032—， x、 n取任意值。負載型固體鹼，其活性位為鹼金屬如鉀、鈉、銫及其鹽和其氫氧化物，載體為^203或分子篩，例如 Na/Al203、 Na/NaOH/Al203、 KN03/A120^。 其中，所述的有機無機複合固體鹼為負載有機胺或季胺鹼的分子篩。 本發明所述的固體鹼優選使用有機固體鹼。最優選201型強鹼性陰離子交換樹脂。 其中，固體鹼的加入量為植物秸稈重量的0.1 100%，優選40 80%。
其中，厭氧發酵反應溫度為10 60°C，優選20 40。C。 其中，所述的固體鹼優選分包包裝，採用金屬絲網，可分成1 100份，分別
包裝，金屬絲網的目數根據固體鹼的粒徑而定，保證固體鹼不會漏出即可，每份重量不
限，這樣反應結束後，可取出固體鹼包裝袋，重複使用或再生後使用。 固體鹼定期再生方法為用清水將回收的固體鹼包裝袋衝洗乾淨後打開包裝帶
取出固體鹼，在lmol/L的鹽酸中浸泡4 6小時，然後用去離子水洗至中性。再用lmo1/
L的氫氧化鈉溶液浸泡3 4小時，然後用去離子水洗至中性，烘乾，包裝之後即可再次利用。 在本研究中固體鹼的作用有三點 一、與活性汙泥中以及發酵過程中的大分子 有機物反應生成利於微生物利用的小分子有機物。二、對活性汙泥的預處理，篩選出菌 群中的強勢菌種。三、在發酵的過程中平衡發酵液的pH值，維持活性汙泥菌群的穩定。
有益效果本發明與現有技術相比具有如下優點 1、本發明大大提高了植物秸稈的產氣速率和產氣量，10g植物秸杆15天最高產 氣率達2760mL，產氣速率為18.4mL/g*day，比不加固體鹼，即傳統的單相發酵法，產氣 速率提高300%，產氣量提高63.5%。 2、本發明所用的固體鹼可以回收後重複使用或再生後重複使用，成本投入較 低。 3、本發明生產操作技術要求低，可推廣應用至不同規模的沼氣發酵過程中。
具體實施例方式
根據下述實施例，本領域的技術人員可以更好地理解本發明。但實施例所描述 的具體的物料配比、工藝條件及其結果僅用於說明本發明，而不應當也不會限制權利要 求書中所詳細描述的本發明。
對比例1 : 稱取粉碎至60目的水葫蘆秸稈粉10g，加入500mL的三角瓶中。接入固形物 含量10% (w/w)的活性汙泥100mL，在水浴鍋中35t:恆溫發酵。15天後產氣總量為 1540mL，產氣率10.2mL/g*day。 經檢測甲烷含量68%。
實施例1 : 稱取粉碎至60目的玉米秸稈10g，加入500mL的三角瓶中。將KN03/A1203用 金屬絲網包裝成2g每包，取l包加入三角瓶中。接入固形物含量10X(w/w)的活性汙泥 100mL，在水浴鍋中35t:恆溫發酵。15天後產氣總量達2360mL，產氣率15.7mL/g*day。 經檢測甲烷含量68%。
實施例2 :
稱取粉碎至60目的小麥秸稈5g，粉碎至60目的大豆秸稈5g，加入500mL的三 角瓶中。將Na/A^03用金屬絲網包裝成2g每包，將D301型打孔弱鹼性陰離子交換樹脂 用金屬絲網包裝成2g每包，兩種固體鹼各取l包加入三角瓶中。接入固形物含量10% (w/w)的活性汙泥100mL，在水浴鍋中35t:恆溫發酵。15天後產氣總量達2430mL，產 氣率16.2mL/g*day。 經檢測甲烷含量67%。
實施例3 : 稱取粉碎至60目的稻草秸稈10g，加入500mL的三角瓶中。將負載有季胺鹼 的分子篩用金屬絲網包裝成lg每包，取5包加入三角瓶中。接入固形物含量10X(w/ w)的活性汙泥100mL，在水浴鍋中35t:恆溫發酵。15天後產氣總量達2130mL，產氣率 14.2mL/g*day。
經檢測甲烷含量68% 。
實施例4 : 稱取粉碎至60目的水葫蘆秸稈10g，加入500mL的三角瓶中。將201型強鹼性 陰離子交換樹脂用金屬絲網包裝成2g每包，取l包加入三角瓶中。接入固形物含量10% (w/w)的活性汙泥100mL，在水浴鍋中35t:恆溫發酵。15天後產氣總量達2300mL，產 氣率15.3mL/g*day。
經檢測甲烷含量67%。
實施例5 : 稱取粉碎至60目的水葫蘆秸稈10g，加入500mL的三角瓶中。將201型強鹼性 陰離子交換樹脂用金屬絲網包裝成2g每包，取5包加入三角瓶中。接入固形物含量10% (w/w)的活性汙泥100mL，在水浴鍋中35t:恆溫發酵。15天後產氣總量達2545mL，產 氣率17.0mL/g*day。
經檢測甲烷含量68%。
實施例6 : 稱取粉碎至60目的水葫蘆秸稈10g，加入500mL的三角瓶中。將201型強鹼性 陰離子交換樹脂用金屬絲網包裝成2g每包，取4包加入三角瓶中。接入固形物含量10% (w/w)的活性汙泥100mL，在水浴鍋中35t:恆溫發酵。15天後產氣總量達2760mL，產 氣率18.4mL/g*day。
經檢測甲烷含量68% 。
實施例7 : 稱取粉碎至60目的水葫蘆秸稈10g，加入500mL的三角瓶中。將重複再生利用 5次的201型強鹼性陰離子交換樹脂用金屬絲網包裝成2g每包，取5包加入三角瓶中。 接入固形物含量10% (w/w)的活性汙泥100mL，在水浴鍋中35t:恆溫發酵。15天後產氣 總量達2670mL，產氣率17.8mL/g*day。 經檢測甲烷含量68%。
權利要求
一種植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，向粉碎後的植物秸稈中加入水和活性汙泥，在密閉的反應器中厭氧發酵生產沼氣，其特徵在於在厭氧發酵前，向反應器中加入固體鹼；其中，所述的固體鹼為有機固體鹼、無機固體鹼和有機無機複合固體鹼中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。
2. 根據權利要求1所述的植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，其特徵在於所述 的植物秸稈為小麥秸稈、稻草秸稈、玉米秸稈、水葫蘆秸稈和高粱秸稈中的任意一種或 兩種以上任意比例的混合物。
3. 根據權利要求1所述的植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，其特徵在於所述 的有機固體鹼為端基是叔胺或叔膦鹼性樹脂類固體鹼。
4. 根據權利要求3所述的植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，其特徵在於優選 的固體鹼是有機固體鹼為201型強鹼性陰離子交換樹脂、D301型大孔弱鹼性陰離子交換 樹脂和D280陰離子交換樹脂中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。
5. 根據權利要求1所述的植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，其特徵在於所述 的無機固體鹼是水合滑石類陰離子粘土和負載型固體鹼中的任意一種或兩種任意比例的 混合物。
6. 根據權利要求1所述的植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，其特徵在於所述 的有機無機複合固體鹼為負載有機胺或季胺鹼的分子篩。
7. 根據權利要求1所述的植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，其特徵在於所述 的固體鹼為有機固體鹼。
8. 根據權利要求1至7中任意一項所述的植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法， 其特徵在於固體鹼的加入量為植物秸稈重量的0.1 100%。
9. 根據權利要求8所述的植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，其特徵在於固體 鹼的加入量為植物秸稈重量的40 80%。
10. 根據權利要求1至7中任意一項所述的植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方 法，其特徵在於所述的固體鹼分成1 100份，分別用網袋包裝。
全文摘要
本發明公開了一種植物秸稈厭氧發酵高效快速產沼氣的方法，粉碎後的植物秸稈中加入水和活性汙泥，在密閉的反應器中厭氧發酵生產沼氣，在厭氧發酵前，向反應器中加入固體鹼。其中，所述的固體鹼為有機固體鹼、無機固體鹼和有機無機複合固體鹼中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。固體鹼的作用是緩衝調節發酵液的pH值，調整厭氧活性汙泥中菌群的種類和數量，使利用秸稈產甲烷的菌群成為優勢菌種，從而大大提高產氣量和產氣速率。10g植物秸稈15天產氣量達2760mL，產氣速率為18.4mL/g.day。本發明所用固體鹼可經過回收後重複使用。本發明技術操作要求低，生產沼氣的成本低，可推廣應用至不同規模的沼氣發酵過程中。
文檔編號C12P5/02GK101691586SQ200910034899
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月11日 優先權日2009年9月11日
發明者何若平, 朱建良, 歐陽平凱, 蔣朱克, 陳曉曄 申請人:南京工業大學