一種提高藍(lán)藻或秸稈厭氧產(chǎn)甲烷效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)廢棄物類可再生能源的利用和有機(jī)廢棄物生物處理技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體以及502煙塵等污染物，同時(shí)隨著人類社會(huì)的發(fā)展包括煤炭、石油、天然氣在內(nèi)的不可再生能源日益短缺，新型可再生能源的開發(fā)利用已在世界范圍內(nèi)引起關(guān)注。
[0003]由于社會(huì)和工業(yè)的發(fā)展，過度的氮磷排放到水體之中，水體富營養(yǎng)化已成為常態(tài)，導(dǎo)致淡水水體易爆發(fā)藍(lán)藻水華。目前我國應(yīng)對(duì)藍(lán)藻爆發(fā)最主要的應(yīng)對(duì)措施是收集、打撈藍(lán)藻，而打撈后的藍(lán)藻如不進(jìn)行進(jìn)一步處理，不僅會(huì)占用大片土地堆放，同時(shí)長期堆積的藍(lán)藻對(duì)周邊的環(huán)境又會(huì)造成二次污染。玉米秸桿是玉米成熟之后的莖、葉部分，目前農(nóng)村地區(qū)還存在不少秸桿焚燒的現(xiàn)象，并由此經(jīng)常造成一系列的環(huán)境問題。分析檢驗(yàn)表明藍(lán)藻和玉米秸桿中均含有豐富的碳水化合物和蛋白質(zhì)，因此可以作為生物質(zhì)能源用以生產(chǎn)乙醇、沼氣等。
[0004]沼氣是有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)微生物發(fā)酵作用生成的一種混合氣體，屬于可再生能源，其主要成分為014和CO 2，研宄表明Im3CH4含量占65%的沼氣相當(dāng)于0.6m3的天然氣、1.375m3的城市煤氣、0.76kg的原煤和6.4kwh的電。所以沼氣的推廣利用具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)將有機(jī)物廢物資源化轉(zhuǎn)化為沼氣則還兼具有生態(tài)效益和環(huán)境效益。
[0005]為解決農(nóng)村秸桿焚燒和能源不足，我國早在70年代初期就在農(nóng)村大力推廣沼氣應(yīng)用，但目前對(duì)于有機(jī)物厭氧發(fā)酵仍存在一些問題，例如發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間長，發(fā)酵速率慢和甲烷產(chǎn)出率較低等。厭氧發(fā)酵過程受底物組分、反應(yīng)溫度、PH、營養(yǎng)元素和微量元素影響，如何優(yōu)化發(fā)酵條件，提高發(fā)酵效率已成為沼氣事業(yè)發(fā)展過程中亟需解決的一個(gè)重要問題。
[0006]針對(duì)上述問題國內(nèi)外專家學(xué)者提出了一些提高產(chǎn)甲烷效率的方法，例如通過混合發(fā)酵平衡底物C/N，對(duì)底物進(jìn)行預(yù)處理提高底物的可生化性，添加微量元素提高微生物活性等。
[0007]專利公開號(hào)為104120151A的發(fā)明專利將藍(lán)藻與畜禽糞便混合進(jìn)行濕發(fā)酵，再用蘆葦和水稻秸桿與濕發(fā)酵沼渣混合發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢物的綜合利用。專利公開號(hào)為102140001A的發(fā)明專利通過向厭氧反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)投加鐵氧化物，提高了有機(jī)廢物的可再生利用效率。專利公開號(hào)為103773807A的發(fā)明專利以短鏈脂肪酸作為電子供體，以納米磁鐵礦作為電子載體，促進(jìn)了短鏈脂肪酸的降解，提高了產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的運(yùn)行效率。上述方法存在步驟繁瑣、操作復(fù)雜或是添加劑價(jià)格昂貴并提高了沼渣處理的技術(shù)難度的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決厭氧發(fā)酵過程中甲烷產(chǎn)量低和甲烷生成速率慢的問題，本發(fā)明提供了一種方法簡單、成本低廉的提高藍(lán)藻或秸桿產(chǎn)甲烷效率和甲烷產(chǎn)量的方法。
[0009]本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0010]本發(fā)明提高藍(lán)藻或秸桿厭氧產(chǎn)甲烷效率的方法，其特點(diǎn)在于:以電氣石、活性炭或石墨作為添加物，以藍(lán)藻或秸桿作為發(fā)酵底物，分別加入到藍(lán)藻或秸桿的厭氧發(fā)酵體系中，并使厭氧發(fā)酵體系中的厭氧微生物、添加物及發(fā)酵底物混合均勻，從而在厭氧微生物將藍(lán)藻或秸桿轉(zhuǎn)化產(chǎn)生甲烷的過程中，提高藍(lán)藻或秸桿產(chǎn)甲烷效率和甲烷產(chǎn)量。
[0011]本發(fā)明提高藍(lán)藻或秸桿厭氧產(chǎn)甲烷效率的方法，其特點(diǎn)也在于:所述秸桿為玉米稻桿。
[0012]所述添加物的質(zhì)量為所述發(fā)酵底物中所含揮發(fā)性固體(Volatile solid即VS)質(zhì)量的5%。
[0013]所述厭氧發(fā)酵體系的反應(yīng)溫度為30?35°C。
[0014]所述電氣石粒徑為50-2000目。所述活性炭粒徑為50-2000目。所述石墨的粒徑為 100-2000 目 ο
[0015]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0016]1、本發(fā)明通過向藍(lán)藻或秸桿的厭氧發(fā)酵體系內(nèi)添加電氣石、活性炭或石墨，促進(jìn)了厭氧發(fā)酵體系內(nèi)微生物活性，提高了產(chǎn)甲烷效率和甲烷產(chǎn)量。
[0017]2、本發(fā)明使用電氣石、活性炭或石墨作為添加劑，廣泛分布于自然界之中，儲(chǔ)量豐富，成本低廉。
[0018]3、本發(fā)明使用電氣石、活性炭、石墨作為添加劑，成分簡單，在反應(yīng)過程中較為穩(wěn)定，不會(huì)在厭氧發(fā)酵過程中形成二次污染，對(duì)厭氧發(fā)酵后沼渣的后續(xù)處理也不會(huì)產(chǎn)生不利影響。
【附圖說明】
[0019]圖1為以藍(lán)藻為發(fā)酵底物的厭氧反應(yīng)器中各組累計(jì)甲烷產(chǎn)量與時(shí)間的關(guān)系曲線；
[0020]圖2為以藍(lán)藻為發(fā)酵底物的厭氧反應(yīng)中各組的最大產(chǎn)甲烷速率；
[0021]圖3為以秸桿為發(fā)酵底物的厭氧反應(yīng)器中各組累計(jì)甲烷產(chǎn)量與時(shí)間的關(guān)系曲線；
[0022]圖4為以秸桿為發(fā)酵底物的厭氧反應(yīng)中各組的最大產(chǎn)甲烷速率。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024]取4組250m L的血清瓶作為藍(lán)藻厭氧反應(yīng)器，每組4個(gè)，實(shí)際反應(yīng)體積200mL，向血清瓶中加入藍(lán)藻、厭氧接種污泥、緩沖鹽、微量元素水溶液及維生素水溶液，使得血清瓶中藍(lán)藻的初始濃度為5g VS/L，厭氧接種污泥初始濃度為2g VS/L，緩沖鹽、微量元素水溶液及維生素水溶液的加入量均為lmL/L，然后通過lmol/L HCl和lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)體系pH 至 7 ;
[0025]緩沖鹽中各種物質(zhì)濃度為:NH4C110mmol/L、KH2PO4ImmoI/L、MgCl20.5mmol/L、CaCl20.5mmol/L、NaHC035mmol/L、4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonicacid (Hepes) 10mmol /L
[0026]微量元素水溶液中各種物質(zhì)濃度為:FeCl210mmol/L，CoCl2lmmol/L，MnCl2.4H20lmmol/L, ZnCI21 mmol/T,, H3BO30.lmmol/L, NiCl20.lmmol/L, AlCl30.lmmol/L, Na2MoO4.2H200.lmmol/L, CuCl20.01 mmol /T,, Na2SeO30.0lmmol/L, Na2WO4.H2O 0.01mmoI /L
[0027]維生素水溶液中各種物質(zhì)濃度為:D(+)_生物素20ymol/L，4-氨基苯甲酸20 μ mol/L，煙酸(VB3) 20 μ mol/L，Ca-D (+)-泛酸 20 μ mol/L，維生素 B120 μ mol/L，硫辛酸 20 μ mol/L,吡哆胺(VB6)20 μπιοΙ/L，葉酸 20 μ mol/L,微生素 B220 ymol/L,維生素B1220μmol/L。
[0028]在第I組血清瓶中鼓氬氣排凈瓶內(nèi)空氣，然后用鋁塞密封，置于35°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，作為空白對(duì)照組；
[0029]在第2組血清瓶中加入0.05g電氣石(100目)并使其與厭氧接種污泥和藍(lán)藻混合均勻，然后鼓氬氣排凈瓶內(nèi)空氣，用鋁塞密封，置于35°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)；
[0030]在第3組血清瓶中加入0.05g活性炭(100目)并使其與厭氧接種污泥和藍(lán)藻混合均勻，然后鼓氬氣排凈瓶內(nèi)空氣，用鋁塞密封，置于35°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)；
[0031]在第4組血清瓶中加入0.05g石墨(100目)并使其與厭氧接種污泥和藍(lán)藻混合均勻，然后鼓氬氣排凈瓶內(nèi)空氣，用鋁塞密封，置于35°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
[0032]反應(yīng)過程中定期測定反應(yīng)器氣體產(chǎn)量以及甲烷、二氧化碳濃度。
[0033]以每組中4個(gè)反應(yīng)器甲烷產(chǎn)量的平均值繪制累計(jì)甲烷產(chǎn)量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系曲線(圖1)。從圖中可以看出添加電氣石、活性炭、石墨的實(shí)驗(yàn)組與空白對(duì)照組相比甲烷產(chǎn)量和最大產(chǎn)甲烷速率都有明顯的提高(圖1、2)。證明了電氣石、活性炭、石墨對(duì)藍(lán)藻厭氧發(fā)酵過程中014累計(jì)產(chǎn)量和藍(lán)藻厭氧發(fā)酵過程中最大產(chǎn)甲烷速率具有增強(qiáng)作用。
[0034]實(shí)施例2
[0035]取4組250mL的血清瓶作為玉米稻桿厭氧反應(yīng)器，每組4個(gè)，實(shí)際反應(yīng)體積200mL，向血清瓶中加入玉米秸桿、厭氧接種污泥、緩沖鹽、微量元素水溶液、維生素水溶液，使得血清瓶中玉米秸桿的初始濃度為5g VS/L,厭氧接種污泥初始濃度為2g VS/L,緩沖鹽、微量元素水溶液及維生素水溶液的加入量為lmL/L，然后通過lmol/L HCl和lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)體系pH至7 ;
[0036]緩沖鹽中各種物質(zhì)濃度為:NH4C110mmol/L, KH2PO4ImmoI/L, MgCl20.5mmol/L，CaCl20.5mmol/L，NaHC035mmol/L，4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonicacid (Hepes) 10mmol /L
[0037]微量元素水溶液中各種物質(zhì)濃度為:FeCl210mmol/L，CoCl2lmmol/L，MnCl2.4H20lmmol/L, ZnCI21 mmol/T,, H3BO30.lmmol/L, NiCl20.lmmol/L, AlCl30.lmmol/L, Na2MoO4.2H200.lmmol/L, CuCl20.0lmmol/L, Na2SeO30.0lmmol/L, Na2WO4.H2O 0.01mmol/L。
[0038]維生素水溶液中各種物質(zhì)濃度為:D(+)_生物素20ymol/L，4-氨基苯甲酸20 μ mol/L,煙酸(VB3) 20 μ mol/L, Ca-D (+)-泛酸 20 μ mol/L,維生素 B120 μ mol/L,硫辛酸 20 μ mol/L,吡哆胺(VB6)20 μπιοΙ/L，葉酸 20 μ mol/L,微生素 B220 ymol/L,維生素B1220μmol/L。
[0039]在第I組血清瓶中鼓氬氣排凈瓶內(nèi)空氣，然后用鋁塞密封，置于35°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，作為空白對(duì)照組；
[0040]在第2組血清瓶中加入0.05g電氣石(100目)并使其與厭氧接種污泥和秸桿混合均勻，然后鼓氬氣排凈瓶內(nèi)空氣，用鋁塞密封，置于35°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)；
[0041]在第3組血清瓶中加入0.05g活性炭(100目)并使其與厭氧接種污泥和秸桿混合均勻，然后鼓氬氣排凈瓶內(nèi)空氣，用鋁塞密封，置于35°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)；
[0042]在第4組血清瓶中加入0.05g石墨(100目)并使其與厭氧接種污泥和秸桿混合均勻，然后鼓氬氣排凈瓶內(nèi)空氣，用鋁塞密封，置于35°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
[0043]反應(yīng)過程中定期測定反應(yīng)器氣體產(chǎn)量以及甲烷、二氧化碳濃度。
[0044]以每組中4個(gè)反應(yīng)器甲烷產(chǎn)量的平均值繪制累計(jì)甲烷產(chǎn)量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系曲線(圖3)。從圖中可以看出添加電氣石、活性炭、石墨的實(shí)驗(yàn)組與空白對(duì)照組相比甲烷產(chǎn)量和最大產(chǎn)甲烷速率都有明顯的提高(圖3、4)。證明了電氣石、活性炭、石墨對(duì)秸桿厭氧發(fā)酵過程中014累計(jì)產(chǎn)量和秸桿厭氧發(fā)酵過程中最大產(chǎn)甲烷速率具有增強(qiáng)作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高藍(lán)藻或秸桿厭氧產(chǎn)甲烷效率的方法，其特征在于:以電氣石、活性炭或石墨作為添加物，以藍(lán)藻或秸桿作為發(fā)酵底物，分別加入到藍(lán)藻或秸桿的厭氧發(fā)酵體系中，并使厭氧發(fā)酵體系中的厭氧微生物、添加物及發(fā)酵底物混合均勻，從而在厭氧微生物將藍(lán)藻或秸桿轉(zhuǎn)化產(chǎn)生甲烷的過程中，提高藍(lán)藻或秸桿產(chǎn)甲烷效率和甲烷產(chǎn)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述秸桿為玉米秸桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述添加物的質(zhì)量為所述發(fā)酵底物中所含揮發(fā)性固體質(zhì)量的5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述厭氧發(fā)酵體系的反應(yīng)溫度為30?35。。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述電氣石粒徑為50-2000目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述活性炭粒徑為50-2000目。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述石墨的粒徑為100-2000目。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高藍(lán)藻或秸稈厭氧產(chǎn)甲烷效率的方法，其特征在于：以電氣石、活性炭或石墨作為添加物，分別加入到藍(lán)藻或秸稈的厭氧發(fā)酵體系中，并與厭氧發(fā)酵體系中的厭氧微生物及發(fā)酵底物混合均勻，以使在厭氧微生物將藍(lán)藻、秸稈轉(zhuǎn)化為甲烷的過程中，提高藍(lán)藻、秸稈產(chǎn)甲烷效率和甲烷產(chǎn)量。
【IPC分類】C12P5-02
【公開號(hào)】CN104762332
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510198566
【發(fā)明人】岳正波, 馬丁, 王進(jìn)
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日