一種以泥炭為原料製備沼氣的方法
2023-05-27 16:39:06 4
專利名稱：一種以泥炭為原料製備沼氣的方法
技術領域：
本發明屬於泥炭資源化應用領域，特別涉及一種以泥炭為原料製備沼氣的方法。
背景技術：
泥炭又稱為草炭或泥煤，是煤化程度最低的煤，是煤最原始的狀態，幾千年形成的天然沼澤地產物，具有無菌、無毒、無汙染，通氣性能好，質輕、持水、保肥、透氣和富含有機質等特點。我國是世界上泥炭資源豐富的大國之一。泥炭是一種在農業、工業、醫藥等多方面具有較高利用價值的非金屬礦產資源，泥炭作為土壤改良劑、有機肥料的基質的開發利用，在我國已經取得比較迅速的發展。泥炭一般灰份含量較高，若直接作為燃料，燃燒時排放大量煙塵，汙染自然環境，同時增加運輸費用、增加運力緊張程度。值得注意的是泥炭的主要成分是有機質和腐殖酸，其中有機質含量平均在40-65%之間，最高可達70%以上，有機質中蘊含有大量的能量，可作為潛在的能源供應體，解決能源供應的安全問題。目前煤炭是中國的主要能源，這在短期內很難改變，造成中國的SO2和CO2排放量分居全球第一和第二 位，尋找環境友好型的清潔能源逐步替代石油和煤炭，以滿足人類對液體燃料的大量需求，是一個不可逆轉的方向。高效合理地將蘊藏在泥炭中的能源重新利用起來，將會部分滿足人們對綠色可再生能源的需求。通過恰當的處理工藝，釋放出蘊藏在泥炭中的能量，轉化為生物天然氣等低碳生物質能源，既解決了儲量豐富的泥炭高值化的難題，又可以生產生物質能源，部分替代和節約化石能源，最終實現低碳循環經濟發展、清潔能源替代。當前直接利用泥炭製備沼氣的研究卻鮮有報導。天然泥炭大量轉化為甲烷是困難的，因為泥炭中可水解鍵數目很少，泥炭中醚鍵和C-C鍵很難被厭氧菌大量降解，不能形成足夠小的分子 500Da)被厭氧微生物吸收轉化，因此以天然泥炭作為原料進行厭氧發酵需要混合其他原料或者進行預處理，才能轉化成甲烷。專利(200910035462. 6)公開了提高木質纖維原料厭氧產氣性能的新方法，將木質纖維原料切碎後與草炭按乾物質比9 : 11 3 :1的比例混合，將混合物進行厭氧發酵產沼氣。張學才等報導了泥炭與豬糞的配比是1:1或1:2在嚴格厭氧的條件下可以製取含甲烷65 %左右的沼氣。(張學才，高風彩.泥炭制沼氣的研究[J].煤氣與熱力，2000，20 (I) : 3-5)，前者是泥炭與木質纖維原料混合，後者是泥炭與豬糞混合，都沒有解決單獨以泥炭為原料厭氧發酵製備沼氣的難題，限制了泥炭的綜合利用和高值化利用。目前我國泥炭資源豐富，開發產品單一多集中在肥料和基質，產品科技水平不高，產品附加值較低等問題，需要開發新的技術與工藝，針對泥炭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泥炭降解轉化的難題，提高沼氣的得率，真正實現泥炭轉化的工業化與產業化，擴大泥炭的用途，增加泥炭的附加值，提高泥炭開採和利用的經濟效益。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠提高泥炭綜合利用和高值化利用，測定沼氣中甲烷的含量高達65%的一種以泥炭為原料製備沼氣的方法。
本發明的技術方案如下本發明提供的泥炭為原料製備沼氣的方法，自然風乾泥炭粉碎至6 100目，過篩收集泥炭細粉，取I IOg添加酶液20 60°C酶解I 6h ;添加質量分數10% 30%的活性汙泥，加水調節固液比1:5 1:20，加氫氧化鈉溶液調節PH 6. 5 7. 5，在30 55°C厭氧發酵I 30天，發酵過程中對發酵物進行攪拌，飽和食鹽水排水集氣法收集沼氣，測定沼氣中的甲燒含量。所述酶液為纖維素酶或木聚糖酶中的一種或兩種。所述酶液添加量I 50 U/g泥炭。本發明的有益效果為
(I)泥炭分級利用，泥炭的主要成分是有機質和腐殖酸，其中有機質含量平均在40-65%之間，將泥炭中的有機質轉化為生物天然氣等低碳生物質能源，發酵殘渣中富含的腐植酸將開發為腐植酸類肥料，使泥炭成分綜合利用，符合國家的產業政策和能源政策，有利於企業調整產品結構、擴大產品種類。(2)泥炭機械加工粉碎，能增加泥炭和厭氧微生物接觸的面積，便於微生物的降解發酵，可提高產氣量和降解率，方法簡便易行，也便於後續的沼氣發酵渣提取藥用腐植酸或製備腐植酸肥料。(3)酶解可促使泥炭中殘留的纖維素、半纖維素水解生成單糖或寡糖等，而酶解產生的水溶性多糖可在厭氧微生物的作用下進一步水解轉化得到沼氣。(4)本發明將泥炭中的有機質利用活性汙泥製備沼氣，實現泥炭主要組分的定向轉化，具有反應條件溫和、簡便易行等優點，解決了泥炭利用方式單一等問題，有利於泥炭產品多元化、資源高值化利用。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明的技術方案作進一步說明。本發明實施例中使用的纖維素酶、木聚糖酶由寧夏夏盛實業集團有限公司生產。實施例1:取自然風乾泥炭粉碎至60目，收集後取3g泥炭細粉，添加Iml纖維素酶和木聚糖酶酶液混合物(O. 7ml纖維素酶和O. 3ml木聚糖酶)37°C酶解6h，添加質量分數30%的活性汙泥，加水調節固液比1:8，加氫氧化鈉溶液調節pH 7. 0，在50°C發酵20d，發酵過程中每天對發酵物進行攪拌3次，飽和食鹽水排水集氣法收集沼氣53ml，氣相色譜測定沼氣中的甲烷含量為60%。實施例2 :取自然風乾泥炭粉碎至40目，收集後取2g泥炭細粉，添加O. 5ml木聚糖酶酶液37°C酶解3h，添加質量分數25%的活性汙泥，加水調節固液比1:8，加氫氧化鈉溶液調節PH 7. 5，在35°C發酵15d，發酵過程中每天對發酵裝置中的發酵物料進行攪拌4次，飽和食鹽水排水集氣法收集沼氣28ml，氣相色譜測定沼氣中的甲烷含量為58%。實施例3 :取自然風乾泥炭粉碎至60目，收集後取Ig泥炭細粉，添加O. 4ml纖維素酶酶液50°C酶解5h，添加質量分數30%的活性汙泥，加水調節固液比1:7，加氫氧化鈉溶液調節PH 6. 9，在50°C發酵10d，發酵過程中每天對發酵裝置中的發酵物料進行攪拌5次，飽和食鹽水排水集氣法收集沼氣14ml，氣相色譜測定沼氣中的甲烷含量為65%。
權利要求
1.一種以泥炭為原料製備沼氣的方法，其特徵在於，包括以下步驟自然風乾泥炭粉碎至6 100目，過篩收集泥炭細粉，取I IOg添加酶液20 60°C酶解I 6h ;添加質量分數10% 30%的活性汙泥，加水調節固液比1:5 1:20，加氫氧化鈉溶液調節pH 6. 5 7.5，在30 55°C厭氧發酵I 30天，發酵過程中對發酵物進行攪拌，飽和食鹽水排水集氣法收集沼氣，測定沼氣中的甲烷含量。
2.根據權利要求1所述的一種以泥炭為原料製備沼氣的方法，其特徵在於，酶液為纖維素酶或木聚糖酶中的一種或兩種。
3.根據權利要求1所述的一種以泥炭為原料製備沼氣的方法，其特徵在於，酶液添加量為I 50 U/g泥炭。
全文摘要
本發明屬於泥炭資源化應用領域，特別涉及一種以泥炭為原料製備沼氣的方法。本發明採用泥炭預處理後添加酶液酶解，混合活性汙泥發酵沼氣，測定沼氣中甲烷的含量可達65％。本發明通過恰當的處理工藝，釋放出蘊藏在泥炭有機質中的能量，轉化為生物質能源沼氣，實現了單獨以泥炭為原料厭氧發酵製備沼氣，開闢了儲量豐富的泥炭綜合利用的新途徑，又可以部分替代和節約化石能源，最終實現低碳循環經濟發展、清潔能源替代。
文檔編號C12P5/02GK102994564SQ201210498650
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者馬力通, 李珺, 蔡祿 申請人:內蒙古科技大學