一種降解秸稈類原料厭氧發酵產沼氣的方法與流程

2023-07-28 21:49:31

本發明屬於農村生態環境保護與農村可再生清潔能源利用領域，具體涉及一種降解秸稈類原料厭氧發酵產沼氣的方法。

背景技術：

我國農作物秸稈資源豐富，理論資源量為8.2億噸，可收集資源量約為6.87億噸。由於其分布零散、體積蓬鬆、收集運輸成本高、產業化程度低等特點，農作物秸稈出現了地區性、季節性、結構性過剩，大量秸稈被廢棄焚燒。廢棄及焚燒資源量為2.15億噸，約佔可收集資源量的1/3。剩餘約1/3(2.11億噸)作為飼料在反芻動物中使用，約1/3(2.61億噸)作為燃料、肥料、種植基料及造紙等工業原料被利用。由此可見，農作物秸稈最主要的利用方式是作為飼料在反芻動物中使用。秸稈焚燒不僅導致霧霾天氣，還是一種資源浪費。因此如何合理利用秸稈是一個有待解決的問題。反芻動物瘤胃是天然的高效快速降解秸稈粗纖維的場所，因此，將瘤胃微生物用於秸稈粗纖維降解產沼氣是一個很好的途徑，同時如何提高該途徑的沼氣產量也是需要解決的問題。

技術實現要素：

發明目的：為了解決上述技術問題，本發明還提供了一種降解秸稈類原料厭氧發酵產沼氣的方法。

技術方案：一種降解秸稈類原料厭氧發酵產沼氣的方法，包括以下步驟：

1)將秸稈類原料切碎至0.3～0.8釐米的片段；

2)將切碎的片段加入到厭氧反應器中作為發酵物；

3)向厭氧反應器發酵物中加入發酵緩衝液，所述發酵物與發酵緩衝液重量體積比為1：45～90；

4)向厭氧反應器中接種接種物，所述發酵物與接種物的重量體積比為1：5～10，發酵物終濃度為1～2％；所述發酵物終濃度為質量體積比濃度；

5)向厭氧反應器中加入氨苄青黴素，使其終濃度為1800-2200u/ml，同時控制反應溫度為38-40℃，發酵時間為48-72小時即得沼氣。

其中，上述秸稈類原料為小麥秸稈或稻草秸稈。

其中，上述發酵緩衝液由基礎培養基、緩衝液a、緩衝液b、無細胞瘤胃液、還原劑、氧化還原指示劑組成。

其中，上述步驟3)的發酵物發酵緩衝液為發酵物重量的60～80倍。

其中，上述步驟4)中的接種物為瘤胃內容物。本發明的瘤胃內容物來自反芻動物。本發明的反芻動物包括牛、羊等有瘤胃的動物。

其中，上述還原劑為l-半胱氨酸鹽酸鹽，所述氧化還原指示劑為0.1w/v％刃天青。

其中，上述步驟5)中的發酵反應溫度為39℃，發酵時間為72小時。

有益效果：本發明相對於現有技術，具備如下優點：本發明的降解秸稈類原料厭氧發酵產沼氣的方法可有效的提高秸稈類原料產氣沼量55％-60％，且能提高其在累積產氣量中的比例及單位秸稈類原料的沼氣產量。具體優點如下：

1、工藝程序簡單，可操作性強。

2、發酵緩衝液配置簡單，原料易獲得。

3、接種物易獲取，接種量小。

4、該工藝大大提高了秸稈粗纖維降解產沼氣的效率及比例。

附圖說明

圖1本發明的工藝流程圖；

圖2小麥秸稈發酵產沼氣的產量圖；

圖3稻草秸稈發酵產沼氣的產量圖。

具體實施方式

根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用於說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。

實施例1厭氧發酵小麥秸稈產沼氣的研究

通過粉碎機將小麥秸稈粉碎為約0.5cm長度大小的片段；根據表1配方配製發酵緩衝液；配置氨苄青黴素母液；從反芻動物奶牛瘤胃中獲取瘤胃內容物。將1g小麥秸稈片段與90ml發酵緩衝液混合後殺菌，加入氨苄青黴素使其終濃度為2000u/ml，加入10ml瘤胃內容物，39℃厭氧發酵72小時。對照組條件同上，不添加氨苄青黴素。發酵物質量體積比濃度為1％。

表1緩衝液配置表(1l)

發酵72h後，處理組顯著提高小麥秸稈厭氧發酵體系甲烷產量，參見圖2。圖中虛線為處理組，實線為對照組。

通過將處理組和對照組進行比較，發現添加氨苄青黴素後，小麥秸稈組甲烷產量由27.7毫升提高到44.7毫升，提高了61.4％；甲烷佔總氣體的比例由14.2％升高到22.7％，提高了60％；每克乾物質產甲烷的量也由47.6提高到74.9，提高了57.4％。結果參見表2。

表2

然後，我們通過實驗研究比較了添加氨苄青黴素對厭氧發酵系統代謝的影響和對厭氧發酵系統甲烷菌群的影響。

我們發現，添加氨苄青黴素顯著改變了厭氧發酵系統的發酵類型，從而改變其代謝產物。結果參見表3。表3中ns代表該指標沒有檢測到，即濃度低於檢測下限。

表3

我們還發現，添加氨苄青黴素顯著提高了厭氧發酵系統中甲烷菌的數量。結果參見表4。

表4

實施例2厭氧發酵稻草秸稈產沼氣的研究

通過粉碎機將稻草秸稈粉碎為0.3cm長度大小的片段；將切碎的原料1g加入到厭氧反應器中作為發酵物；向厭氧反應器中加入45ml發酵緩衝液；向厭氧反應器中接種5ml發酵物的瘤胃內容物，所述瘤胃內容物取自反芻動物奶牛瘤胃；使發酵物終濃度為(質量體積比)2％；向厭氧反應器中加入氨苄青黴素，使其終濃度為1800u/ml；厭氧反應器厭氧發酵產沼氣，反應溫度為38℃；厭氧反應器厭氧發酵時間為72小時，上述設為處理組，對照組為不添加氨苄青黴素組。發酵72h後，處理組(虛線)顯著提高稻草秸厭氧發酵體系甲烷產量，參見圖3。

將處理組和對照組進行比較，發現添加氨苄青黴素後，稻草秸稈組甲烷產量由25.1毫升提高到40.6毫升，提高了61.8％；同時，甲烷佔總氣體的比例也由14.9％提高到24.0％，提高了61.1％；每克乾物質產甲烷的量也由48.8提高到91.6，提高了87.7％，結果參見表5。

表5

我們接著通過實驗研究比較了添加氨苄青黴素對厭氧發酵稻草秸稈代謝的影響和其中甲烷菌群的影響。

我們發現，添加氨苄青黴素顯著改變了稻草秸稈厭氧發酵系統的發酵類型，從而改變其代謝產物。結果參見表6。表6中ns表示該物質沒有檢測到，即低於檢測下限。

表6

我們還發現，添加氨苄青黴素顯著提高了稻草秸稈厭氧發酵系統中甲烷菌的數量。結果參見表7。

表7