秸稈厭氧發酵產沼氣促進劑及其製備方法和應用的製作方法
2023-06-06 18:14:51 2
專利名稱：秸稈厭氧發酵產沼氣促進劑及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑及其製備方法和應用，屬於可再生能源開發利用與環境保護領域。
背景技術：
在化石能源漸趨枯竭的今天，能源緊張對全球的影響日益突出，世界開始將目光聚集到新生能源領域。在太陽能、核能、水能、生物質能等諸多新能源中，生物質能源是最安全、最穩定的能源，也是目前國家重點鼓勵的新能源領域。世界上生物質資源龐大，種類繁多，包括所有的陸生植物、水生植物、人類和動物的排洩物以及工業有機物等。在各種可供人類使用的生物質中，木質纖維原料佔其中的絕大多數，而在可收集利用的木質纖維原料中，農業秸杆佔很大的比例。目前，秸杆能源化利用的途徑主要包括焚燒、氣化、發酵產乙醇、生物柴油和生物產氣等幾種。與其它轉化技術相比，生物產氣具有能耗低、產生的沼氣 清潔無汙染等特點，且發酵產生的沼渣和沼液可作為有機肥重回土壤，實現物質和能量的梯級循環利用，更符合國家可持續發展的要求。眾所周知，秸杆的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素，這3種成分的質量佔植物纖維原料總質量的80% 92%，厭氧微生物生長繁殖所需的微量元素和營養鹽等含量較少，從而影響了秸杆厭氧生物轉化的效率和轉化率。從目前的研究來看，秸杆直接厭氧生物產沼氣的生物轉化率普遍較低，一般在20 30%，仍有很大的提升空間。從國內外已有的研究來看，現有的沼氣促進劑可分為三類一是改善發酵微生物的營養狀況，滿足其營養需求的物質，如豆腐坊、酒坊、粉坊的下腳料；二是為發酵微生物提供促進生長繁殖的微量元素，如泥炭、舊電池等；三是改善和穩定甲烷菌的生活環境，加速新陳代謝的物質，如煤粉、硫酸鋅等。添加不同的促進劑對不同發酵原料的促進效果不同，有些甚至對產氣有抑制作用。目前的沼氣促進劑普遍存在使用面窄、效果不穩定以及成本偏高等問題，如何篩選適用範圍廣、效果穩定可靠的複合促進劑，已經成為本領域密切關注的課題。
發明內容
本發明的目的是針對現有沼氣促進劑效果不穩定、促進產氣效果不明顯以及用量偏大等問題，發明一種適用範圍廣、效果穩定可靠的複合促進劑，只需投入少量到沼氣池中，攪拌均勻，就可以調節沼氣池內的微生態環境和微生物區系，改善發酵物的營養狀況，提高秸杆厭氧生物轉化率和轉化效率。本發明的目的是這樣實現的一種秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑，其特徵在於每千克促進劑的組分為
氯化鈷O. 02 O. 2克； 氯化鎳O. 04 O. 4克； 氯化亞鐵O. 02 I克； 丙酮酸鹽5 100克；粉煤灰10 300克；膨潤土 10 300克；
有機物10 200克；含有6 80克P2O5的磷酸鹽。本發明涉及的秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑中所述的磷酸鹽為過磷酸鈣、磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣、磷酸鈣、磷酸鐵、磷酸氫鎂、磷酸鎂、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鈉中的一種或組合；所述的丙酮酸鹽為丙酮酸、丙酮酸鈉、丙酮酸鈣、丙酮酸鉀、丙酮酸鎂中的一種或組合；所述的有機物為麥麩、米糠、豆餅中的一種或組合。—種上述秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的製備方法，其特徵在於將所述各組分置於50 60°C下烘乾後，粉碎成100 120目，混合均勻，形成的混合粉劑為秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑。一種上述秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的應用，其特徵在於在秸杆溼式厭氧發酵時，秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的添加量為發酵液總量的Γ5%。;在秸杆高濃度或乾式厭氧發酵時，秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的添加量為秸杆乾物質質量的Γ3%。。本發明的應用中在秸杆溼式厭氧發酵時，直接將所述比例的秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑投入到含有秸杆的沼氣發酵罐內攪勻後即可；在秸杆高濃度或乾式厭氧發酵時，首先將所述比例的秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑溶解於接種物中，再將接種物與秸杆混合均 勻後一併投入到沼氣發酵罐內即可，所述的接種物為汙水處理廠的汙泥、老沼氣池汙泥、腐敗河泥、新鮮牛糞中的一種或組合。本發明的應用中所述的秸杆為切碎至不大於5cm小段的農業秸杆。本發明的應用中所述的農業秸杆是指小麥秸、大麥秸、稻草、玉米秸、棉花杆、油菜秸、米草、花生秧中的一種或幾種。本發明的有益效果是
I、秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑組分取材方便，製備工藝簡單，使用中可操作性強。2、使用範圍廣，效果穩定，對常規的農業秸杆如稻秸、麥秸、玉米秸、棉花杆等厭氧發酵產沼氣均有很好的促進效果，可提高沼氣產量15 25%。3、使用過程中由於組分中兼備有利於水解產酸微生物和甲烷菌活性的複合物質，且不產生任何副作用，秸杆發酵過程中日產氣量明顯提高，對產氣周期無明顯影響，對發酵後的沼渣沼液的農用無任何影響，且由於添加了磷酸鹽、粉煤灰等物質，沼渣沼液的肥料價值還有所提聞。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進一步的闡述。實施例I
產沼氣促進劑粉劑(以下簡稱促進劑)
稱取O. I克氯化鈷、O. 2克氯化鎳、570克過磷酸鈣(P2O5的含量約68克)、150克麥麩、50克丙酮酸鈉、49克粉煤灰、180克膨潤土和O. 7克氯化亞鐵，分別於50°C下烘24小時後，粉碎過100目篩後混合均勻，配成I千克產沼氣促進劑粉劑。實驗組和對照組的厭氧發酵實驗均在IL玻璃反應器內進行。實驗組採用促進劑。實驗組和對照組使用的秸杆均為切碎至2 3cm小段的小麥秸，接種物均採用馴化的厭氧消化汙泥(以下簡稱汙泥)，馴化前的汙泥取自汙水處理廠的汙泥。實驗過程
實驗組將48克(乾物質)粉碎至2 3cm長的小麥秸裝入IL玻璃反應器內，加入600克的汙泥，用水將反應器內發酵物總質量調節至800克(厭氧發酵系統中麥秸TS濃度為6%)，加入2. 4克促進劑，混合均勻，密封后於35±1°C下進行厭氧發酵產沼氣，厭氧發酵時間為45天。對照組將48克(乾物質)粉碎至2 3cm長的小麥秸裝入IL玻璃反應器內，力口入600克的汙泥，用水將反應器內發酵物總質量調節至800克(厭氧發酵系統中麥秸TS濃度為6%)，混合均勻，密封后於35±1°C下進行厭氧發酵產沼氣，厭氧發酵時間為45天。實驗組和對照組每個處理3個重複，取平均值進行分析。發酵過程中通過攪拌裝置對發酵物進行攪拌，24h內即可產生沼氣。每天測定產氣量和甲烷含量。實驗結果實驗組累積產氣量為15267±650mL，對照組累積產氣量為13136±515mL，實驗組累積產氣量較對照組提高了 16. 22%。實施例2· 產沼氣促進劑粉劑
稱取O. I克氯化鈷、O. 2克氯化鎳、570克過磷酸鈣(P2O5的含量約68克)、150克麥麩、50克丙酮酸鈉、210克粉煤灰、19. 5克膨潤土和O. 2克氯化亞鐵，50°C下烘24小時後，粉碎過100目篩後混合均勻，配成I千克沼氣促進劑粉劑。實驗組和對照組的厭氧發酵實驗均在IL玻璃反應器內進行。實驗組採用促進劑。實驗組和對照組使用的秸杆均為切碎至2 3cm小段的小麥秸，接種物均為相同的汙泥。實驗過程
實驗組將48克(乾物質)粉碎至2 3cm長的小麥秸裝入IL玻璃反應器內，加入600克的汙泥，用水將反應器內發酵物總質量調節至800克(厭氧發酵系統中麥秸TS濃度為6%)，加入2. 4克促進劑，混合均勻，密封后於35土 1°C下進行厭氧發酵產沼氣，厭氧發酵時間為45天。對照組將48克(乾物質)粉碎至2 3cm長的小麥秸裝入IL玻璃反應器內，力口入600克的汙泥，用水將反應器內發酵物總質量調節至800克(厭氧發酵系統中麥秸TS濃度為6%)，混合均勻，密封后於35±1°C下進行厭氧發酵產沼氣，厭氧發酵時間為45天。實驗組和對照組每個處理3個重複，取平均值進行分析。發酵過程中通過攪拌裝置對發酵物進行攪拌，24h內即可產生沼氣。每天測定產氣量和甲烷含量。實驗結果實驗組累積產氣量為14950±509mL，對照組累積產氣量為12563 ±485mL，實驗組累積產氣量較對照組提高了 19%。實施例3
採用與實施例2相同的厭氧發酵裝置，相同的促進劑及其用量，相同的實驗過程，與實施例2的區別僅在於所使用的秸杆為粉碎至2 3cm長的稻秸48克(乾物質)。實驗結果實驗組累積產氣量為15888±664mL，對照組累積產氣量為12970±423mL，實驗組累積產氣量較對照組提高了 22. 5%。實施例4
採用與實施例2相同的促進劑和厭氧發酵裝置。實驗組採用促進劑。
實驗組和對照組使用的秸杆均為切碎至2 3cm小段的小麥秸，接種物均為相同的汙泥。實驗過程
實驗組取O. 18克促進劑與150克汙泥混合均勻，將粉碎至2 3cm長的小麥秸60克(乾物質)加入到汙泥中，加水使發酵物總質量至300克(厭氧發酵系統中麥秸TS濃度為20%),混合均勻後轉移至IL玻璃反應器內，密封后於35± I°C下進行厭氧發酵產沼氣，厭氧發酵時間為60天。對照組取粉碎至2 3cm長的小麥秸60克(乾物質)，接種汙泥150克，加水使發酵物總質量至300克(厭氧發酵系統中麥秸TS濃度為20%)，混合均勻後轉移至IL玻璃反應器內，密封后於35±1°C下進行厭氧發酵產沼氣，厭氧發酵時間為60天。實驗組和對照組每個處理3個重複，取平均值進行分析。實驗啟動後，24h內即可 產生沼氣。每天測定產氣量和甲烷含量。實驗結果實驗組累積產氣量為17740±905mL，對照組累積產氣量為15360±845mL，實驗組累積產氣量較對照組提高了 15. 49%。以上各實施例不是對本發明的具體限制，只要本領域的技術人員，依據本領域的基本常識，在本發明權利要求啟示下，採用相同或類似的技術方案，都屬於本發明的保護範疇。
權利要求
1.一種秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑，其特徵在於每千克促進劑秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的組分為 氯化鈷O. 02 O. 2克； 氯化鎳O. 04 O. 4克； 氯化亞鐵O. 02 I克； 丙酮酸鹽5 100克；粉煤灰10 300克；膨潤土 10 300克； 有機物10 200克；含有6 80克P2O5的磷酸鹽。
2.根據權利要求I所述的秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑，其特徵在於所述的磷酸鹽為過磷酸鈣、磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣、磷酸鈣、磷酸鐵、磷酸氫鎂、磷酸鎂、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鈉中的一種或組合；所述的丙酮酸鹽為丙酮酸、丙酮酸鈉、丙酮酸鈣、丙酮酸鉀、丙酮酸鎂中的一種或組合；所述的有機物為麥麩、米糠、豆餅中的一種或組合。
3.—種權利要求I所述秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的製備方法，其特徵在於將所述各組分置於50 60°C下烘乾後，粉碎成100 120目，混合均勻，形成的混合粉劑為秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑。
4.一種權利要求I所述秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的應用，其特徵在於在秸杆溼式厭氧發酵時，秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的添加量為發酵液總量的Γ5%。;在秸杆高濃度或乾式厭氧發酵時，秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的添加量為秸杆乾物質質量的Γ3%。。
5.根據權利要求4所述秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的應用，其特徵在於在秸杆溼式厭氧發酵時，直接將所述比例的秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑投入到含有秸杆的沼氣發酵罐內攪勻後即可；在秸杆高濃度或乾式厭氧發酵時，首先將所述比例的秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑溶解於接種物中，再將接種物與秸杆混合均勻後一併投入到沼氣發酵罐內即可，所述的接種物為汙水處理廠的汙泥、老沼氣池汙泥、腐敗河泥、新鮮牛糞中的一種或組合。
6.根據權利要求4或5所述秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的應用，其特徵在於所述的秸杆為切碎至不大於5cm小段的農業秸杆。
7.根據權利要求6所述秸杆厭氧發酵產沼氣促進劑的應用，其特徵在於所述的農業秸杆是指小麥秸、大麥秸、稻草、玉米秸、棉花杆、油菜秸、米草、花生秧中的一種或幾種。
全文摘要
本發明公開了一種秸稈厭氧發酵產沼氣促進劑及其製備方法和應用，促進劑由鐵、鈷、鎳等微量元素以及磷酸鹽、有機物、丙酮酸鹽、粉煤灰和膨潤土製成。其具體使用方法為在秸稈溼式厭氧發酵時，沼氣促進劑添加量為發酵液總量的1~5‰，裝料時直接將沼氣促進劑投入沼氣發酵罐內，攪勻即可；在秸稈高濃度或乾式厭氧發酵時，沼氣促進劑添加量為秸稈乾物質質量的1~3‰，裝料時，首先將沼氣促進劑溶解於接種物中，隨接種物一起與秸稈混合均勻後投入到沼氣發酵罐內即可。使用本發明後，由於沼氣促進劑中含有兼備有利於水解產酸微生物和甲烷菌活性的複合物質，秸稈乾物質產氣量可提高15～25%。
文檔編號C12P5/02GK102925493SQ20121047469
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者陳廣銀, 馬慧娟, 葉小梅, 杜靜, 常志州 申請人:江蘇省農業科學院