專利名稱：一種甲烷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甲烷的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著全球原油價(jià)格的不斷攀升以及人們對燃燒化石燃料所帶來的一系列環(huán)境問題越來越多的關(guān)注，全世界對清潔的能源越來越關(guān)注，各國開始尋找清潔、安全、可再生能代替石油柴油的能源，在諸多可替代燃料中，生物質(zhì)能正在受到越來越多的關(guān)注。生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動植物和微生物。生物質(zhì)能是指蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量，是世界上最廣泛的可再生資源。目前，關(guān)于利用生物質(zhì)發(fā)酵制甲烷的方法有所報(bào)道。例如，CN101289672A公開了一種利用木質(zhì)纖維生物質(zhì)厭氧發(fā)酵制備氫氣和/或甲烷的方法。該方法包括采用蒸汽爆破的手段對木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理，并向得到的蒸汽爆破處理物中接入?yún)捬跷勰噙M(jìn)行厭氧發(fā)酵，通過兩階段的發(fā)酵，得到氫氣和/或甲烷。整個(gè)過程中產(chǎn)生的發(fā)酵殘余物可用于施肥，水可以循環(huán)利用。又如，CN101914573A公開了一種以奶牛糞便為底物發(fā)酵制取氫氣和甲烷的方法，該方法包括采用磷酸或者氫氧化鈉預(yù)處理糞便，使之更適合厭氧發(fā)酵，隨后進(jìn)行厭氧發(fā)酵制備生物質(zhì)氫氣，發(fā)酵結(jié)束后，將氫氣發(fā)酵末端液體產(chǎn)物與馴化后的活性污泥混合進(jìn)行生物質(zhì)甲烷的厭氧發(fā)酵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于 提供一種利用微藻發(fā)酵制備甲烷的新方法。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于生物質(zhì)發(fā)酵制備甲烷的方法已有報(bào)道，但是以微藻生物質(zhì)為原料發(fā)酵制備甲烷的方法還未見報(bào)道。近年來，在眾多的生物質(zhì)中，微藻受到了全世界范圍內(nèi)的極大關(guān)注。微藻是指一類只能在顯微鏡底下才能分辨其形態(tài)結(jié)構(gòu)的藻類群體。由于微藻細(xì)胞具有光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、生長周期短、生物產(chǎn)量高、培養(yǎng)不占用耕地等特點(diǎn)，因此，微藻是制備生物燃料的良好材料。目前，微藻生物能源方面的研究主要集中在利用微藻油脂生產(chǎn)生物柴油上。但是，目前的數(shù)據(jù)顯示微藻生物柴油的成本還比普通柴油高2-3倍，因此，這嚴(yán)重阻礙了利用微藻大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)生物燃料的進(jìn)程。目前普遍認(rèn)為，除了技術(shù)的提升之外，微藻生物質(zhì)的綜合利用，是解決這一問題最為行之有效的方法。另一方面，這些年來我國由于水污染，水體嚴(yán)重富營養(yǎng)化，水華暴發(fā)事件頻發(fā)，如何處理打撈上來的藍(lán)綠藻也成為一項(xiàng)難題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用微藻發(fā)酵制備甲烷的方法，其中，該方法包括在厭氧條件下，將微藻與厭氧活性污泥混合發(fā)酵，并收集產(chǎn)生的甲烷氣體。本發(fā)明的方法為在厭氧條件下，將微藻與厭氧活性污泥混合發(fā)酵，所述厭氧活性污泥中的厭氧微生物可以利用微藻生物質(zhì)中的蛋白、糖類和脂類成分用于自身的代謝，即，使得微藻生物質(zhì)中的氮、磷等無機(jī)元素可以被有效地回收和重復(fù)利用，同時(shí)產(chǎn)生的甲烷氣體可以作為清潔的能源使用。因此，厭氧發(fā)酵藻類生物質(zhì)生產(chǎn)甲烷是一種解決能源和環(huán)境問題的有效途徑。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式
部分予以詳細(xì)說明。


附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式
一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:圖1表示利用污水處理廠污泥和湖底污泥發(fā)酵太湖藍(lán)藻的產(chǎn)氣情況比較；其中， 和■分別表示采用污水處理廠的污泥和采用湖底污泥的甲烷產(chǎn)氣量；圖2表示采用不同微藻對于厭氧發(fā)酵甲烷產(chǎn)量的影響；其中， 、X、▲和■分別表示空白(不加入微藻)、太湖藍(lán)藻、原始小球藻和蛋白核小球藻的甲烷產(chǎn)氣量；圖3表示采用不同預(yù)處理手段對于蛋白核小球藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響；其中， 、■、▲、X和*分別表示空白(不加入微藻)、不對微藻進(jìn)行預(yù)處理、在發(fā)酵前將微藻進(jìn)行研磨、微波加熱和纖維素酶酶解的預(yù)處理方式后的甲烷產(chǎn)氣量；圖4表示采用不同蛋白核小球藻的用量對于甲烷產(chǎn)氣量的影響；圖5表示采用柵藻進(jìn)行厭氧發(fā)酵甲烷產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。按照本發(fā)明，所述甲烷的制備方法包括在厭氧條件下，將微藻與厭氧活性污泥混合發(fā)酵，并收集產(chǎn)生的甲烷氣體。按照本發(fā)明，所述厭氧活性污泥的用量可以在較寬的范圍內(nèi)選擇，只要在厭氧條件下將微藻與厭氧活性污泥混合即可以使厭氧污泥中的厭氧菌利用微藻中的蛋白、糖類和脂類等成分進(jìn)行自身的代謝，同時(shí)產(chǎn)生甲烷。此外，活性污泥的用量受活性污泥的活性程度、不同的藻種以及其他條件的影響。污泥的添加量可根據(jù)藻種的降解程度而異，對容易降解的有機(jī)質(zhì)，污泥用量可以少些，難降解的有機(jī)質(zhì)，污泥用量要多些；而有時(shí)候剛開始發(fā)酵時(shí)，污泥活性有可能較低，這時(shí)候添加的有機(jī)質(zhì)可能會少些，但隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，有可能污泥中厭氧活性菌不斷增加，污泥的活性也隨之提高就增加，此時(shí)可以不斷增加微藻的用量。優(yōu)選情況下，為了增加微藻發(fā)酵生產(chǎn)甲烷的產(chǎn)氣量，使微藻生物質(zhì)得到更充分的利用，并綜合考慮成本和效果，以干重I克的微藻為基準(zhǔn)，所述厭氧活性污泥的用量為5-100暈升。本發(fā)明對所述厭氧活性污泥種類和來源并沒有特別限定，只要在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵時(shí)所述厭氧活性污泥里含有厭氧微生物，并可以使厭氧微生物在厭氧發(fā)酵條件下利用微藻所含的蛋白、糖類和脂類等物質(zhì)進(jìn)行生長并發(fā)酵產(chǎn)氣即可。例如，所述厭氧活性污泥可以經(jīng)過培養(yǎng)得到，也可以直接獲得，例如，可以是污水處理廠初沉池的污泥、厭氧池的污泥、江河湖海底部的污泥以及微生物發(fā)酵產(chǎn)生的污泥等中的一種或多種(例如，可以是在人工充氧的曝氣池中，利用活性污泥去除污水中的有機(jī)物，然后使污泥與水分離，大部分污泥再回流到曝氣池，并將剩余部分污泥排出的方法。所述活性污泥是由多種好氧微生物和兼性厭氧微生物(可以含有少量的厭氧微生物)與污水中的有機(jī)的和無機(jī)氮固體物混凝而形成的絮狀體)。其中，所述培養(yǎng)厭氧活性污泥的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如，可以通過采用接種培養(yǎng)法(接種厭氧微生物)或逐步培養(yǎng)法獲得。按照本發(fā)明，為了提高所述厭氧活性污泥的產(chǎn)氣效率，保證其中的厭氧微生物能夠大量繁殖，通過馴化使厭氧菌成為優(yōu)勢群體，同時(shí)將好氧微生物殺死，因此，優(yōu)選情況下，在將微藻與厭氧活性污泥混合之前，該方法還包括將所述厭氧活性污泥進(jìn)行厭氧馴化。所述將厭氧活性污泥進(jìn)行厭氧馴化的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。例如，在本發(fā)明中，所述活性污泥是作為微藻發(fā)酵產(chǎn)甲烷的主要反應(yīng)媒介，要求其發(fā)酵環(huán)境嚴(yán)格厭氧。因此，在馴化過程中，采取密閉處理的方法。具體操作方法可以為:將上方的澄清液倒掉，并將厭氧活性污泥進(jìn)行濃縮，以達(dá)到適當(dāng)?shù)奈勰酀舛?，其中，所述濃縮的方法可以為各種濃縮方法，例如，采用離心機(jī)進(jìn)行離心濃縮。然后，將容器上方空氣用氮?dú)獯当M，然后密閉，以保持厭氧的環(huán)境(溫度可以為20-50°C)。經(jīng)過一段時(shí)間后，進(jìn)行鏡檢，如果污泥中還有好氧生物存活說明還未馴化完畢，應(yīng)繼續(xù)馴化。按照本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，將從上海市閔行區(qū)污水處理廠取得的活性污泥進(jìn)行厭氧馴化，所述馴化時(shí)間為35-45天，鏡檢發(fā)現(xiàn)好氧生物已死亡。按照本發(fā)明，所述的厭氧發(fā)酵條件一般包括發(fā)酵溫度、體系pH和發(fā)酵時(shí)間，并在隔絕氧氣的條件下進(jìn)行。其中，所述發(fā)酵溫度、體系PH值和發(fā)酵時(shí)間的可選擇的范圍較寬，只要使其在厭氧條件下以及其他適當(dāng)條件下能夠產(chǎn)甲烷即可，通常情況下，所述發(fā)酵溫度可以為20-50°C，優(yōu)選為25-40°C。所述體系的pH至可以為4_8，優(yōu)選情況下，所述體系的pH值為5-7。發(fā)酵時(shí)間的延長 有利于微藻生物質(zhì)產(chǎn)氣量的提高，但是綜合考慮產(chǎn)氣效率和甲烷含量的問題，優(yōu)選情況下，所述發(fā)酵時(shí)間可以為10-90天，更優(yōu)選為20-50天。按照本發(fā)明，為了使得將微藻與厭氧活性污泥進(jìn)行混合發(fā)酵時(shí)，二者混合的更均勻，該方法還包括在水的存在下，將微藻與厭氧活性污泥進(jìn)行混合發(fā)酵，其中，由于厭氧活性污泥中含有部分水分(厭氧活性污泥中含水量通常為80-85重量％ )，因此，所述水的用量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，只要能夠滿足使二者混合均勻的要求即可。優(yōu)選情況下，所述水的用量可以為厭氧活性污泥體積的I倍至3倍。按照本發(fā)明，所述微藻可以為各種微藻，只要能夠在厭氧發(fā)酵條件下，利用微藻生物質(zhì)中的蛋白、糖類和脂類等成分用于厭氧活性污泥中的厭氧微生物自身的代謝，同時(shí)產(chǎn)生甲烷即可。例如，所述微藻可以為原核微藻和/或真核微藻。優(yōu)選情況下，所述原核微藻可以為藍(lán)藻，例如太湖藍(lán)藻；所述真核微藻可以為小球藻和/或柵藻。其中，所述小球藻為綠藻門小球藻屬(Chlorella)普生性單細(xì)胞綠藻,生態(tài)分布及其廣泛,體內(nèi)含有豐富的葉綠素，光合作用比其他植物高出十幾倍。小球藻除了可以利用光合作用吸收二氧化碳之外，它還可以在無光照的環(huán)境中利用有機(jī)碳源快速生長。因此，本發(fā)明所述的微藻優(yōu)選為小球藻，更優(yōu)選為蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)。按照本發(fā)明，根據(jù)需要，為了使微藻的數(shù)量達(dá)到一定要求，在將微藻與厭氧活性污泥混合發(fā)酵之前，還可以先將微藻進(jìn)行培養(yǎng)，所述培養(yǎng)微藻的方法可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的各種方法，例如，自養(yǎng)或異養(yǎng)的方法。其中，自養(yǎng)是指利用太陽能將無機(jī)物合成有機(jī)物滿足自身營養(yǎng)需要的方式；異養(yǎng)是指生物不能直接利用無機(jī)物合成有機(jī)物，必須從外界攝取現(xiàn)成的有機(jī)物來維持生活的營養(yǎng)方式。具體來說，可以將微藻接種至含有可以被微藻直接利用的可發(fā)酵碳源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使微藻在異養(yǎng)的狀態(tài)下利用培養(yǎng)液中的有機(jī)碳源生長繁殖；也可以采用自養(yǎng)的方式培養(yǎng)，將微藻接種至不含可被微藻直接利用的可發(fā)酵碳源的培養(yǎng)液中，使微藻在有光照的環(huán)境下進(jìn)行光合作用，合成自身需要的營養(yǎng)物質(zhì)。所述培養(yǎng)的溫度一般可以為常溫，例如，10_40°C，優(yōu)選為20_35°C。此外，優(yōu)選情況下，為了更加利于微藻的生長繁殖，所述自養(yǎng)/異養(yǎng)的培養(yǎng)液的pH值一般為6-7.5,優(yōu)選為6.5-7。按照本發(fā)明，異養(yǎng)用培養(yǎng)液中的有機(jī)碳源的濃度可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整，所述有機(jī)碳源在培養(yǎng)液中的濃度優(yōu)選為5-50克/升。自養(yǎng)培養(yǎng)的光強(qiáng)度可以為30-120 μ mol/(m2s)。所述培養(yǎng)微藻的方式可以為在任何合適的容器或者設(shè)備中進(jìn)行培養(yǎng)，例如，搖瓶、通氣瓶、發(fā)酵罐、搖床、培養(yǎng)箱、光生物反應(yīng)器等。按照本發(fā)明，可以直接被微藻利用的有機(jī)碳源是指以任何形式可以被微生物直接利用的碳源，例如葡萄糖、果糖、蔗糖等糖類物質(zhì)。這些糖類物質(zhì)是為微藻提供能量的主要來源，因此，所述微藻直接利用的有機(jī)碳源的培養(yǎng)液可以是以葡萄糖等糖類物質(zhì)為主要成分的培養(yǎng)液，此外，可以根據(jù)培養(yǎng)微藻的需要向培養(yǎng)液中添加其它所需的各種營養(yǎng)源，以提供氮、磷和其他無機(jī)鹽。其中，所述含有可以被微藻直接利用的有機(jī)碳源的培養(yǎng)液的配方和制備方法為本領(lǐng)域常規(guī)的培養(yǎng)微藻所用的配方和制備方法。例如，將淀粉質(zhì)原料(所述淀粉質(zhì)原料可以是玉米、薯類等)酶解，得到酶 解液，并向其中添加所需的各種其他所需的營養(yǎng)成分而制備得到培養(yǎng)液，以由淀粉質(zhì)原料酶解得到的酶解產(chǎn)物作為微藻可直接利用的有機(jī)碳源，或者直接以葡萄糖液作為培養(yǎng)微藻的培養(yǎng)液中的有機(jī)碳源等等。此外，自養(yǎng)培養(yǎng)用培養(yǎng)液的制備方法也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法制備得到，例如，除了不添加有機(jī)碳源之外，可以將各種培養(yǎng)所需的營養(yǎng)成分混合后得到。為了在較短的時(shí)間內(nèi)獲得較高的微藻的生物量，微藻培養(yǎng)的時(shí)間的判斷可以通過監(jiān)測培養(yǎng)期間的細(xì)胞密度和培養(yǎng)液中可發(fā)酵碳源的消耗情況來實(shí)現(xiàn)。所述碳源消耗在本發(fā)明中主要是指培養(yǎng)液中還原糖的消耗。所述還原糖的測定方法以及細(xì)胞密度的測定方法均可以采用本領(lǐng)域公知的合適的方法來進(jìn)行測定。例如，在本發(fā)明中，采用DNS法來測量培養(yǎng)液中還原性糖(即可發(fā)酵碳源)的濃度(由于培養(yǎng)液中的主要成分為葡萄糖，所以利用DNS法可以有效測定培養(yǎng)液中可發(fā)酵碳源的濃度變化)，從而了解碳源的消耗情況；利用分光光度計(jì)監(jiān)測所述微藻的細(xì)胞密度。當(dāng)具有以下特征的一項(xiàng)或者兩項(xiàng)時(shí)，就認(rèn)為培養(yǎng)達(dá)到終點(diǎn):1、細(xì)胞密度增加生長達(dá)到平臺期；2、培養(yǎng)液中可發(fā)酵碳源耗盡。按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
，可以在培養(yǎng)的過程中定時(shí)測定培養(yǎng)體系中的微藻細(xì)胞密度、還原糖濃度隨時(shí)間的變化，取樣的時(shí)間可以但不僅限于每6小時(shí)、每12小時(shí)、每24小時(shí)、每48小時(shí)等，考慮到微藻的生長特性，優(yōu)選可以選取每12小時(shí)測定一次的方法，每次3組平行樣，取平均值作為測量數(shù)據(jù)，培養(yǎng)過程中細(xì)胞密度通過分光光度計(jì)測定光密度值(OD6J來估算，估算原理根據(jù)(生物量=0.3192 X OD600-0.0099，R2 = 0.9983) OD-細(xì)胞干重標(biāo)準(zhǔn)曲線。按照本發(fā)明，在利用微藻制備甲烷的過程中所采用的微藻可以是干燥的微藻，也可以是未經(jīng)過干燥的含水的濕的微藻泥，其中，所述含水的濕微藻的含水量沒有特別限定，例如，通常可以為10-90重量％。所述將微藻干燥得到干燥的微藻的方法可以為現(xiàn)有技術(shù)中的各種干燥方法，例如，鼓風(fēng)干燥、真空干燥等。優(yōu)選情況下，為了使微藻更有效地與所述厭氧活性污泥接觸，以提高甲烷產(chǎn)量，該方法還包括在將微藻與厭氧活性污泥混合發(fā)酵之前，將微藻進(jìn)行預(yù)處理，以充分破碎微藻細(xì)胞，能夠使微藻細(xì)胞充分與厭氧活性污泥作用。其中，所述預(yù)處理的方法可以為各種能夠破碎微藻細(xì)胞的預(yù)處理方法，具體可以選自研磨、微波加熱和采用纖維素酶酶解中的一種或多種。其中，所述微波加熱的微波頻率可以為300MHz-300GHz，加熱溫度可以為70-90°C，加熱時(shí)間可以為2-10分鐘。其中，所述酶解溫度可以為20_40°C，酶解時(shí)間可以為15-24小時(shí)；酶解的pH值可以為4.5-6.5。酶解用纖維素酶通常根據(jù)其不同活性，可以用酶活力單位表示，例如，以干重為I克的微藻計(jì)算，纖維素酶的用量可以為700-1050酶活力單位。所述纖維素酶的酶活力單位的測定方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，且所述纖維素酶可以商購獲得，并可以根據(jù)商購得到的纖維素酶的酶活力單位確定適當(dāng)?shù)奶砑恿?，例如，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所使用的纖維素酶購自杰能科公司。按照本發(fā)明，收集發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷氣體的方法可以為常規(guī)的方法，例如，將導(dǎo)管與發(fā)酵裝置連接，采用倒排水的方法收集氣體，由于發(fā)酵的產(chǎn)物中可能存在一定含量的二氧化碳，在排水收集的液體可以采用堿性溶液吸收二氧化碳，達(dá)到提純甲烷的目的。以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā) 明的保護(hù)范圍。另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式
中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。下面將通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。在下述實(shí)施例中，采用氣相色譜分析制備得到氣體的組成和含量。下述實(shí)施例中微藻培養(yǎng)用培養(yǎng)液的制備:按每升174.9mg MgSO4.7Η20、30.5mg KH2PO4,27.18mg CaCl2、20mgNa2C03、8.9mgC6H5O7Na3.2H20、6mg 檸檬酸鐵銨、1.04mg Na2.EDTA、2.86mg 硼酸、0.222mg ZnSO4.7H20、
0.079mg CuSO4.5H20、1.8 ImgMnCl2.4H20、0.39mg Na2MoO4 和 0.049mg Co (NO3) 2.6H20 的用量配制基礎(chǔ)培養(yǎng)基，自養(yǎng)培養(yǎng)時(shí)額外加入1.5克/每升的硝酸鈉；異養(yǎng)培養(yǎng)時(shí)額外加入10克/每升的葡萄糖和0.1克/每升的硝酸鈉；調(diào)節(jié)pH值至7.0，獲得培養(yǎng)液，并在116°C下蒸汽滅菌25分鐘。下述實(shí)施例中微藻的搖瓶培養(yǎng):
在30°C下，將微藻接種于上述制備得到的已滅菌的培養(yǎng)液中，微藻適應(yīng)培養(yǎng)環(huán)境并穩(wěn)定生長。此時(shí)，將微藻接種于新的上述培養(yǎng)液中，自養(yǎng)培養(yǎng)時(shí)，保持初始的接種OD6c 在
0.5左右，保持搖床轉(zhuǎn)速110印111，培養(yǎng)溫度25±11:，光強(qiáng)4(^11101/(11128)，培養(yǎng)5天；異養(yǎng)培養(yǎng)時(shí)，保持初始的接種0D_在0.3左右，保持搖床轉(zhuǎn)速llOrpm，培養(yǎng)溫度25± 1°C，培養(yǎng)14天。培養(yǎng)結(jié)束后，將培養(yǎng)液在SOOOrpm下離心5分鐘，并置于30°C烘箱中烘干至恒重。下述實(shí)施例中，所述微藻分別包括藍(lán)藻、蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)、原始小球藻和柵藻；其中，所述藍(lán)藻取自于太湖；所述蛋白核小球藻購自中科院水生所；所述原始小球藻購自美國德克薩斯大學(xué)藻種庫；所述柵藻購自中科院水生所。實(shí)施例1本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的甲烷的制備方法。從上海市閔行區(qū)污水水處理廠二期初沉池取得的活性污泥經(jīng)過離心后收集到密閉的錐形瓶中，并用氮?dú)獬錆M整個(gè)錐形瓶，保證環(huán)境與氧氣隔絕。在30°C的隔絕氧氣的環(huán)境中避光馴化30天。馴化結(jié)束后，在250毫升的搖瓶中加入IOOmL的馴化后的厭氧活性污泥、IOOmL蒸餾水以及經(jīng)過培養(yǎng)的10克含水量為69.17重量％的太湖藍(lán)藻(干重約為3克)，用氮?dú)獬錆M剩余空間后，密封；將上述混合物在30°C、pH值為7的條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵。每天記錄產(chǎn)生氣體的體積并及時(shí)用排水法收集產(chǎn)生的氣體。用氣相色譜測定每管氣體的甲烷含量，力口權(quán)平均后可求得整個(gè)發(fā)酵過程中的甲烷氣體的含量。產(chǎn)氣結(jié)果如圖1所示。實(shí)施例2本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的甲烷的制備方法。按照實(shí)施例1的方法制備甲烷，不同的是，用太湖湖底污泥代替水處理廠二期初沉池取得的活性污泥。產(chǎn)氣結(jié)果如圖1所示。圖1顯示不同污泥對于微藻甲烷發(fā)酵的產(chǎn)氣量的影響。從圖1中可以看出，相同條件下采用來自污水處理廠的污泥相對于采用太湖湖底污泥的甲烷產(chǎn)氣量更多、更快速。實(shí)施例3-4本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的甲烷的制備方法。按照實(shí)施例1的方法制備甲烷，不同的是，分別用蛋白核小球藻和原始小球藻代替實(shí)施例1中的太湖藍(lán)藻，且蛋白核小球藻和原始小球藻為經(jīng)過真空干燥機(jī)干燥24小時(shí)后得到的藻粉，它們的干重均為3克。不同微藻對于甲烷發(fā)酵的產(chǎn)氣量影響如圖2所示，從圖2中可以看出，太湖藍(lán)藻和蛋白核小球藻的產(chǎn)氣量較高，且兩者基本保持一致，原始小球藻產(chǎn)氣量約為前兩者的二分
之一 。實(shí)施例5-7本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的甲烷的制備方法。按照實(shí)施例1的方法制備甲烷，不同的是，用蛋白核小球藻代替實(shí)施例1中的太湖藍(lán)藻，并且在將微藻與厭氧活性污泥進(jìn)行混合發(fā)酵之前，將干燥的蛋白核小球藻粉末分別進(jìn)行研磨、微波加熱和纖維素酶解三種預(yù)處理。
研磨:用研缽研磨，使藻體細(xì)胞壁破碎；微波加熱:微波頻率為500MHz，加熱溫度為70°C，加熱5分鐘；纖維素酶酶解:以干重為I克的微藻計(jì)，所述纖維素酶的用量為900酶活力單位，酶解條件為37°C (pH值為6.5)搖床中反應(yīng)24小時(shí)；其中，所述纖維素酶購自杰能科公司T1000型號。采用不同預(yù)處理手段對于甲烷發(fā)酵產(chǎn)氣的影響如圖3所示。根據(jù)圖3的結(jié)果可知，采用三種預(yù)處理手段均能使產(chǎn)氣量在初期階段有所提高；使用纖維素酶解的預(yù)處理手段后期的產(chǎn)氣量與未經(jīng)預(yù)處理的蛋白核小球藻相當(dāng)或者稍差，其原因可能是由于過多的蛋白會產(chǎn)生毒性，對厭氧微生物造成傷害。而采用研磨和微波加熱的預(yù)處理方法均可以取得較好的效果，產(chǎn)氣量可以提高10%以上。實(shí)施例8-10本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的甲烷的制備方法。按照實(shí)施例1的方法制備甲烷，不同的是，用蛋白核小球藻代替實(shí)施例1中的太湖藍(lán)藻，且蛋白核小球藻為經(jīng)過干燥的藻粉，蛋白核小球藻藻粉的干重用量分別為I克、2克和4克。在相同污泥量的前提下，不同用量的蛋白核小球藻的產(chǎn)氣量如圖4所示。從圖4中可以看出，產(chǎn)氣量隨著微藻用量的增加而增加，而相應(yīng)的發(fā)酵的時(shí)間也會隨著微藻用量的增加而延長。干重用量分別為I克、2克和4克的蛋白核小球藻產(chǎn)甲烷濃度如表I所示。表I
權(quán)利要求
1.一種甲烷的制備方法，其特征在于，該方法包括在厭氧條件下，將微藻與厭氧活性污泥混合發(fā)酵,并收集產(chǎn)生的甲烷氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以干重為I克的微藻為基準(zhǔn)，所述厭氧活性污泥的用量為5-100暈升。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述微藻為原核微藻和/或真核微藻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述原核微藻為藍(lán)藻，所述真核微藻為小球藻和/或柵藻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述厭氧活性污泥選自污水處理廠初沉池的污泥、江河湖海底部的污泥和微生物發(fā)酵產(chǎn)生的污泥中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在將微藻與厭氧活性污泥混合之前，該方法還包括將所述厭氧活性污泥進(jìn)行厭氧馴化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)酵的條件包括隔絕氧氣，發(fā)酵溫度為20-50°C，pH 值為 4-8。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述微藻為含水的濕微藻和/或干燥的微藻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的方法，其中，該方法還包括在將微藻與厭氧活性污泥混合發(fā)酵之前，將微藻進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理的方法選自研磨、微波加熱和采用纖維素酶酶解中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種甲烷的制備方法，其中，該方法包括在厭氧條件下，將微藻與厭氧活性污泥混合發(fā)酵，并收集產(chǎn)生的甲烷氣體。本發(fā)明的方法采用微藻與厭氧活性污泥混合發(fā)酵，其中，所述厭氧活性污泥中的厭氧微生物可以利用微藻生物質(zhì)中的蛋白、糖類和脂類成分用于自身的代謝，即，使得微藻生物質(zhì)中的氮、磷等無機(jī)元素可以被有效地回收和重復(fù)利用，同時(shí)產(chǎn)生的甲烷氣體可以作為清潔的能源使用。因此，本發(fā)明提供的厭氧發(fā)酵藻類生物質(zhì)生產(chǎn)甲烷的方法是一種解決能源和環(huán)境問題的有效途徑。
文檔編號C02F11/04GK103086582SQ20111033696
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者于廣欣, 繆曉玲, 李朋林, 金陽, 包艷東, 紀(jì)欽洪 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油新能源投資有限責(zé)任公司, 上海交通大學(xué)