利用木質纖維原料產沼氣的方法技術

本發明專利技術公開了利用木質纖維原料產沼氣的方法，工藝是將木質纖維原料粉碎后加入到厭氧反應器中接種接種物進行一次發酵產沼氣；當產氣高峰過后，將沼渣取出，機械脫水至含水率60%～75%，進行生物處理，接種含有白腐菌或褐腐菌或側耳真菌中的一種或幾種的微生物菌劑，在接種量1～3%、含水量55-75%、20-35℃條件下，有氧發酵2～7天，然后再接種接種物進行二次厭氧發酵產沼氣。本發明專利技術與木質纖維原料接種微生物預處理產沼氣技術相比，可提高木質纖維原料產氣量27.64%～47.89%，減少微生物菌劑用量50%左右，生物處理過程對原料中易分解有機物的損耗量大幅降低，原料累積產氣量較生物預處理提高了21.77%～41.32%。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種木質纖維原料產沼氣的生物后處理方法，屬于農村生態環境保護與農村可再生清潔能源利用領域。
技術介紹
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。生物質資源量龐大，種類繁多，包括所有的陸生植物、水生植物、人類和動物的排泄物以及工業有機物等。在各種可供人類使用的生物質中，木質纖維原料占其中的絕大多數。將木質纖維原料厭氧生物產沼氣具有能耗低、產生的沼氣清潔無污染等特點，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，符合國家可持續發展的要求。木質纖維原料由大量有機物和少量無機鹽及水構成，其有機成分以纖維素、半纖維素為主，其次是木質素、蛋白質、氨基酸、樹脂、單寧等。其中，纖維素、半纖維素和木質素是構成木質纖維原料細胞壁的主要成份。然而，厭氧微生物分解利用木質纖維素的能力較弱，影響了木質纖維原料的厭氧消化產氣性能，表現為作物木質纖維原料厭氧消化時間長、消化率低、投入產出效益差，進而限制了作物木質纖維原料在生物產氣方面的大規模應用。因而，通過預處理改變作物木質纖維原料物理結構或把它預先降解成簡單的化學成分，以利于厭氧菌的消化利用，顯得尤為重要。目前的預處理方式主要包括堿處理、酸處理、爆破、濕式氧化技術和生物降解處理等，其中，生物處理是目前使用較多的預處理方式。生物預處理可以很好的破壞木質纖維原料的木質纖維結構，將被木質素包裹的纖維素裸露出來，增加了微生物與纖維素類物質接觸的機會，有利于提高木質纖維原料的生物轉化率。但是，由于生物預處理過程中，微生物不僅為分解破壞厭氧微生物難利用的木質素和結晶態纖維素，更多的是分解利用可被厭氧微生物分解利用的纖維素、半纖維素類物質，預處理后木質纖維原料的干物質損失嚴重，從而降低了原料的累積產氣量。此外，由于木質纖維原料結構蓬松，原料的生物預處理生物菌劑的用量很大，預處理場所的需求以及工作量都很大，且菌劑與木質纖維原料很難混合均勻，降低了生物預處理的效率，增加了沼氣工程運行成本，以上問題影響了生物預處理的工程應用。因此，發展一種木質纖維原料厭氧發酵產沼氣新方法以解決以上問題迫在眉睫。
技術實現思路
本專利技術的目的在于現有木質纖維原料產沼氣的生物預處理技術，意在利用木質纖維類降解微生物對阻礙厭氧微生物分解破壞的木質纖維結構進行破壞，達到提高木質纖維原料水解率，增加原料產沼氣量的目的。在實踐中，通過生物接種預處理確實提高了木質纖維原料產沼氣率，但同時發現，所接種微生物在破壞木質纖維原料木質纖維結構的同時，也消耗了木質纖維原料中可被厭氧微生物轉化產沼氣的易降解有機物，如半纖維素、水溶性有機物等。因此，在計算生物預處理損耗木質纖維原料有機物產氣潛力后發現，生物預處理并沒有明顯增加木質纖維原料底物的產氣量。本專利技術提出一種后處理提高木質纖維原料厭氧生物產沼氣的方法，即木質纖維原料經粉碎后直接進行厭氧發酵產沼氣，發酵后的沼渣經脫水后接種白腐菌等微生物，處理后再次接種進行厭氧生物產沼氣，最終達到提高木質纖維原料厭氧生物產氣量、降低預處理成本的目的。本專利技術的目的是這樣實現的一種，其特征在于工藝由木質纖維原料一次厭氧發酵、生物處理和二次厭氧發酵構成，具體步驟如下 a)將木質纖維原料切碎至不大于5cm的小段； b)將切碎的原料加入到厭氧反應器中作為發酵物，在發酵物中接種接種物，接種物的接種量為發酵物干重的5% 30%，接種后混合均勻； c)向厭氧反應器中加水，將反應器內發酵物初始干物質濃度調節至3 30%，密封反應器，進行一次厭氧發酵產沼氣，反應溫度為15飛(TC ； d)待一次厭氧發酵的產氣高峰期過后，將厭氧反應器內的一次厭氧發酵產氣高峰過后的沼渣取出，機械脫水至含水率為6(Γ75% ； e)對機械脫水后的沼渣接種微生物菌劑，微生物菌劑接種量為f3%，置于2(T35°C、好氧通氣條件下發酵2 7天，形成有氧發酵后的木質纖維原料沼渣； f)將獲得的木質纖維原料沼渣調節PH6. 9^7. 1，置于厭氧反應器內內作為發酵物，再次接種接種物，接種物的接種量為發酵物干重的5% 30%，接種后混合均勻再進行二次厭氧發酵產沼氣，厭氧反應器內發酵物初始干物質濃度為3 30%,反應溫度為15-60°C。在本專利技術中所述木質纖維原料選自玉米秸、麥秸、稻秸、棉花桿、米草或甘蔗渣中的一種或幾種；所述的一次厭氧發酵的產氣高峰期為28 32天。在本專利技術中厭氧反應器為USR反應器或CSTR反應器，或兩相厭氧發酵的水解相反應器。在本專利技術中生物處理中接種的微生物菌劑為白腐真菌、褐腐真菌、側耳真菌中的一種或組合，經液體或固體發酵擴大培養形成的培養物，其中液體培養物中的孢子濃度不小于I X IO8個/ml，固體培養物中的孢子含量不小于I X IO8個/g，微生物培養物的添加量與沼渣的質量比為I :10(Γ3 100 ;一次厭氧發酵和二次厭氧發酵中的接種物均為污水處理廠的厭氧消化污泥、老沼氣池污泥、腐敗河泥、新鮮牛糞中的一種或組合。本專利技術的有益效果 I、工藝簡單，可操作性強。2、在保證木質纖維原料生物轉化率大幅提高的前提下，大幅減少了生物菌劑的用量，生物菌劑用量不足傳統生物預處理用量的二分之一。3、在生物后處理前，將木質纖維原料進行一次發酵處理，大幅降低了生物處理原料表層的易分解有機物含量，減少生物處理過程中白腐菌等微生物對易分解有機物的分解利用，也避免了生物處理后原料發酵出現酸化現象，提高了系統的穩定性。4、該工藝不但大幅提高了木質纖維的生物轉化率，而且較大程度上破壞了木質纖維原料的結構，有利于沼渣的后續利用。本專利技術的技術總體性能指標與同類技術相比其優勢在于一是將木質纖維原料生物預處理改為生物后處理，生物處理的對象由木質纖維原料到木質纖維原料沼渣，木質纖維原料經厭氧發酵后干物質量損失了 30-50%，即生物菌劑的使用量至少減少30-50% ;二是木質纖維原料厭氧發酵后的沼渣中木質纖維結晶結構裸露出來，更有利于白腐真菌等微生物的分解利用，即微生物分解利用的效率提高，處理效果更好；三是與其他預處理(堿處理、蒸汽爆破等)方法相比，生物處理具有能耗少、成本低且生態環保等特點，更符合可持續發展的要求。附圖說明圖I為本專利技術的工藝流程圖。具體實施例方式下面通過實施例對本專利技術作進一步的闡述。實施例I : 通過機械或人工方法將收割后的木質纖維原料切成不大于5cm的小段，然后裝入厭氧 反應器中，加入接種物(接種物均為污水處理廠的厭氧消化污泥、老沼氣池污泥、腐敗河泥、新鮮牛糞中的一種或組合，下同)進行接種，接種物的加入量為發酵物干重的30%，用水將厭氧反應器內發酵物初始干物質濃度調節至20%，混勻。封閉發酵裝置，發酵裝置的出氣口通過輸氣管與儲氣裝置連接，反應溫度控制在37土 1°C，24h內即可產生沼氣，當產氣高峰過后，產氣量明顯下降，反應即可結束。將一次厭氧發酵后的木質纖維原料取出，晾干。經過一次厭氧發酵后的木質纖維原料變得疏松多孔，體積降低了 40%以上，質量下降了近50%，但含水率較高，在85%左右，需經機械脫水至75%。沼渣經機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用木質纖維原料產沼氣的方法，其特征在于：工藝由木質纖維原料一次厭氧發酵、生物處理和二次厭氧發酵構成，具體步驟如下：a）將木質纖維原料切碎至不大于5cm的小段；b）將切碎的原料加入到厭氧反應器中作為發酵物，在發酵物中接種接種物，接種物的接種量為發酵物干重的5％~30％，接種后混合均勻；c）向厭氧反應器中加水，將反應器內發酵物初始干物質濃度調節至3~30%，密封反應器，進行一次厭氧發酵產沼氣，反應溫度為15~60℃；d）待一次厭氧發酵的產氣高峰期過后，將厭氧反應器內的一次厭氧發酵產氣高峰過后的沼渣取出，機械脫水至含水率為60~75%；e）對機械脫水后的沼渣接種微生物菌劑，微生物菌劑接種量為1~3%，置于20~35℃、好氧通氣條件下發酵2~7天，形成有氧發酵后的木質纖維原料沼渣；f）將獲得的木質纖維原料沼渣調節pH？至6.9~7.1，置于厭氧反應器內內作為發酵物，再次接種接種物，接種物的接種量為發酵物干重的5％~30％，接種后混合均勻再進行二次厭氧發酵產沼氣，厭氧反應器內發酵物初始干物質濃度為3～30%，反應溫度為15？60℃。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：常志州，葉小梅，陳廣銀，杜靜，馬慧娟，
申請(專利權)人：江蘇省農業科學院，
類型：發明
國別省市：