植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法
2023-09-24 05:08:40 1
專利名稱：植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種生物質能源的開發技術，特別涉及一種植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法。
背景技術：
我國作為一個農業大國，隨著糧食產量的增加農作物秸稈年產量逐年上升，目前我國每年秸稈產量大約有7億多噸。傳統上，人們對大量的剩餘秸稈往往進行直接焚燒或者隨意堆放處理，因而造成大氣汙染、火災事故、堵塞交通等大量的社會、經濟和生態問題。 隨著科技的不斷發展，人們對新能源的開發越來越重視，秸稈中潛在的生物質能源得到人們的廣泛關注。農作物秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質素三大部分組成。秸稈乾式厭氧發酵是以生物質秸稈作為原料(總固體含量在20%以上)，利用厭氧微生物將其分解產生生物氣(主要成分為CH4和CO2等氣體)的清潔發酵工藝。在乾式厭氧發酵中，生物質秸稈中的纖維素、半纖維素等成分經預處理後生物降解率明顯提高、發酵過程中生物氣的產氣量增大並且發酵後的殘渣可直接用於農田或生產飼料，實現了生物質秸稈的清潔化生產。秸稈厭氧發酵製備生物氣效率低下的主要因素有以下三點其一，半纖維素作為分子黏合劑結合在纖維素和木質素之間，而木質素具有網狀結構，作為支撐骨架包圍並加固纖維素和半纖維素，而木質素是一種難以厭氧降解的芳香族高分子化合物，最終導致厭氧發酵的效率很低；其二，由於木質素及其衍生物對厭氧微生物具有抑制作用，秸稈木質素含量高達15%，厭氧發酵會受到比較嚴重的抑制，導致厭氧發酵效率低下；其三，厭氧發酵的BOD N P在100 3.5 0. 1之間，而秸稈是主要含碳的物質，N的缺乏導致厭氧微生物的細胞轉化率不高，導致厭氧發酵效率很低，單獨厭氧發酵時須添加氮源。另一方面，皮革工業正面臨著國際與國內越來越嚴峻節能減排的要求，巨大的環境壓力，使皮革工業面臨前所未有的挑戰；如果不很好地解決節能減排問題，我國皮革工業將不能生存。製革過程中要產生大量的汙水和汙泥。據統計在製革過程中，每生產一噸牛皮大約產生40 50m3的汙水和150kg的汙泥，按此進行計算，我國皮革工業每年向環境排放廢水約8000 1000萬噸，汙泥約30萬噸。前期的研究表明，一般含水的製革汙泥含有4. 5%的無機物、40. 0%的水和 55. 5%的有機化合物(其中20. 2%為油脂)，其中的硫化物、Cr (III)等毒性物質和大量致病細菌會對環境造成嚴重的汙染。徹底乾燥後製革汙泥有機物的含量高達90%左右，並含有N、P、K等營養元素，是一種有效的生物能源物質。隨著全球性生態問題的日益嚴峻，汙泥處理的減量化、無害化和資源化發展趨勢已成為普遍的共識和新的研究熱點問題。和傳統的投海、衛生填埋、焚燒、製備建材等方法相比，利用高效的厭氧發酵技術，充分的利用生物質資源，開發生物質能源，是未來的發展方向
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和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，充分利用植物秸稈豐富的碳源和製革汙泥中豐富的氮源，二者進行混合乾式厭氧發酵，將製革汙泥加入到秸稈中形成發酵底物，解決了秸稈單獨發酵時需添加氮源問題，同時又對製革汙泥進行脫氮處理。秸稈作為生物質能源經乾式厭氧發酵產生沼氣，解決了秸稈隨意丟棄造成的生態環境問題，並且實現了秸稈的清潔化生產。為實現上述目的，本發明還提供了一種植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，在啤酒廠厭氧汙泥中加入白腐菌後，在常溫下發酵8小時，得基礎發酵汙泥；將礎發酵汙泥、秸稈、製革汙泥和水混合形成發酵底物；接著將發酵底物裝入發酵裝置在常溫下進行厭氧乾式發酵，最後收集發酵產生的生物氣。所述發酵裝置選用間歇式厭氧發酵裝置；收集生物氣時採用排水集氣的方法；所述白腐菌選自熊貓糞便和家畜糞便；所述基礎發酵汙泥的組分按照乾重記為熊貓糞便1 3份，家畜糞便20 50份， 啤酒廠厭氧汙泥50 70份；所述發酵底物的組分以基礎發酵汙泥的配製乾重作為計量標準，具體為基礎發酵汙泥3 8份，秸稈30 50份，製革汙泥1 3份、水100 200份。所述發酵底物中的碳氮比為30 1。本發明植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法至少具有以下優點(1)本發明在啤酒廠厭氧汙泥中加入白腐菌配置基礎發酵汙泥，利用白腐菌降解纖維素菌種處理生物質秸稈，提高秸稈纖維素的降解率，解決了傳統厭氧發酵中秸稈纖維素降解不完全問題，啤酒廠厭氧汙泥中的厭氧微生物菌群可提高厭氧汙泥的活性，有利於乾式厭氧發酵反應的進行；(2)本發明充分利用植物秸稈豐富的碳源和製革汙泥中豐富的氮源，二者進行混合乾式厭氧發酵，將製革汙泥加入到秸稈中形成發酵底物，解決了秸稈單獨發酵時需添加氮源問題，同時又對製革汙泥進行脫氮處理。(3)秸稈作為生物質能源經乾式厭氧發酵產生沼氣，解決了秸稈隨意丟棄造成的生態環境問題，並且實現了秸稈的清潔化生產。
具體實施例方式本發明採用間歇式厭氧發酵裝置，首先在啤酒廠厭氧汙泥中加入白腐菌培養形成基礎發酵汙泥，然後將含有豐富碳源的植物秸稈和豐富氮源的製革汙泥混合形成碳氮比為 30 1左右的發酵底物，發酵底物加入到基礎發酵汙泥中進行乾式厭氧發酵。本發明的技術特徵集中在以下幾點其一，在啤酒廠厭氧汙泥中加入白腐菌配置基礎發酵汙泥，利用白腐菌降解纖維素菌種處理生物質秸稈，提高秸稈纖維素的降解率，解決了傳統厭氧發酵中秸稈纖維素降解不完全問題，啤酒廠厭氧汙泥中的厭氧微生物菌群可提高厭氧汙泥的活性，有利於乾式厭氧發酵反應的進行，所述白腐菌主要來自於熊貓糞便和家畜糞便；其二，生物質秸稈中含有豐富的碳源，單獨發酵時需額外添加氮調節碳氮比， 製革汙泥中含有豐富的氮源，將製革汙泥加入到秸稈中形成發酵底物，解決了秸稈單獨發酵時需添加氮源問題，同時又對製革汙泥進行脫氮處理；其三，發酵底物與基礎發酵汙泥進行乾式厭氧發酵，秸稈作為生物質能源產生沼氣，解決了秸稈隨意丟棄造成的生態環境問題，並且實現了秸稈的清潔化生產；其四，發酵過程採用的主要設備是間歇厭氧發酵裝置， 能夠實現恆溫常壓下的發酵，能耗低，同時排水集氣法收集沼氣，操作方便。本發明中涉及的技術，能夠突破秸稈乾式厭氧發酵的技術瓶頸，達到良好的產氣效果。下面對本發明方法進行詳細描述，本發明方法包括以下步驟(1)基礎發酵汙泥的配製在啤酒廠厭氧汙泥中加入白腐菌配置基礎發酵汙泥，在常溫下發酵8小時；(2)發酵底物的配製以基礎發酵汙泥的配製乾重作為計量標準，將基礎發酵汙泥3 8份、秸稈30 50份、製革汙泥1 3份、水100 200份混合形成發酵底物；(3)生物氣的收集將發酵底物混合均勻後裝入間歇式厭氧發酵裝置，在常溫下進行厭氧乾式發酵， 最後利用排水集氣的方法收集生物氣。本發明方法中的物料配比關係見下表1 表1 (單位乾重份數)
權利要求
1.植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，其特徵在於在啤酒廠厭氧汙泥中加入白腐菌後，在常溫下發酵8小時，得基礎發酵汙泥；將基礎發酵汙泥、秸稈、 製革汙泥和水混合形成發酵底物；接著將發酵底物裝入發酵裝置在常溫下進行厭氧乾式發酵，最後收集發酵產生的生物氣。
2.如權利要求1所述的植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，其特徵在於所述發酵裝置選用間歇式厭氧發酵裝置。
3.如權利要求1所述的植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，其特徵在於收集生物氣時採用排水集氣的方法。
4.如權利要求1所述的植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，其特徵在於所述白腐菌選自熊貓糞便和家畜糞便。
5.如權利要求4所述的植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，其特徵在於所述基礎發酵汙泥的組分按照乾重記為熊貓糞便1 3份，家畜糞便20 50 份，啤酒廠厭氧汙泥50 70份。
6.如權利要求1或5所述的植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，其特徵在於所述發酵底物的組分以基礎發酵汙泥的配製乾重作為計量標準，具體為 基礎發酵汙泥3 8份，秸稈30 50份，製革汙泥1 3份、水100 200份。
7.如權利要求1所述的植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，其特徵在於所述發酵底物中的碳氮比為30 1。
全文摘要
本發明提供了一種植物秸稈和製革汙泥混合乾式厭氧發酵製備生物氣的方法，在啤酒廠厭氧汙泥中加入白腐菌後配置基礎發酵汙泥，在常溫下發酵8小時；將基礎發酵汙泥、秸稈、製革汙泥和水混合形成發酵底物；將發酵底物混合均勻後裝入間歇式厭氧發酵裝置，在常溫下進行厭氧乾式發酵，最後利用排水集氣的方法收集生物氣。
文檔編號C02F11/04GK102296091SQ20111019936
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月15日 優先權日2011年7月15日
發明者劉琪, 馬興元, 馬君 申請人:陝西科技大學