CN100462439C - 一种用海藻孔石莼发酵制取沼气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用海藻孔石莼发酵制取沼气的方法，属生物质能中沼气发酵技术领域。本发明利用海藻孔石莼的生物性特点和资源优势，将海藻孔石莼作为原料发酵产生沼气，通过深层次研究，开发利用海藻孔石莼。本发明的优点：1.孔石莼发酵产生的沼气品位高，为孔石莼提供了新的用途；2.孔石莼沼气发酵残留物是潜在的高品质的有机肥或土壤改良剂；3.孔石莼沼气替代化石燃料，减少温室气体的排放，缓解温室效应；4.孔石莼的大规模人工繁殖，可防止和减少海洋赤潮的发生，起到海洋水体环境的保护和治理作用；5.孔石莼作为发酵产沼气原料，其TS和VS产气率均与许多陆地生物质相当，并且可以在高浓度下发酵，实用性强，可大规模地推广应用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种用海藻孔石莼发酵制取沼气的方法，属生物质能中沼气发酵技术领域。
背景技术：
沼气是一种与天然气相似的清洁燃气，发热量(热值)比天然气低30％左右，通常1m3沼气燃烧产生的热量相当于5kW·h～7kW·h的电能。沼气的主要成分甲烷可以与卤素发生化学反应，生成卤代甲烷，也可以与氧发生反应，生成甲醇、甲醛、甲酸等化工产品，因而沼气可以作为一种化工原料。沼气还可以用于种植、养殖、农产品加工等农业生产中，如大棚温室保温、烘烤农产品、沼气防蛀、沼气储粮、水果保鲜、孵鸡育雏、蛋鸡增光、诱蛾养鱼、养蚕、育秧等。此外，沼气还可用于发电，大中型沼气工程生产的沼气可用来发电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给城市居民使用等。利用工业、农业和生活产生的各种废弃发酵制取沼气，不但可以获得能源，还可以处理环境污染物，即在获得能源效益的同时，也保护和治理了环境。因此，发酵沼气作为一项重要的可再生能源技术和环境治理技术受到世界各国的重视。目前，沼气发酵原料主要是粪便、有机废水、秸秆、垃圾等工业、农业和生活有机废弃物，可参见CN93110816.0、CN97107814.9、CN99802553.4、CN00128561.0、CN01103983.3、CN02122387.4、CN01130972.5、CN03118570.3、CN01817788.3、CN01821931.4、CN200510008564.0、CN200510040013.2、CN02240001.X、CN03118038.8、CN200410016077.4等中国专利及各种大量的报道，中国专利CN00111993.1也公开了利用水生绿萍植物制沼气的方法，这些专利和各种报道的原料主要属于陆地或淡水性生物质。
海洋面积占地球表面的70％，海洋中具有丰富的生物质资源。其中，海藻是一种丰富的海洋生物质资源，有250属，1500余种。此外，世界人工栽培海藻非常普及，产量巨大，已可以实现某些海藻的快速生长。目前，国内对海藻的食用、药用价值的研究开发较多，而作为能源资源利用的研究或报道还比较少。
孔石莼属全球性泛暖带性海藻，广见于中国、前苏联、韩国、日本、琉球群岛、菲律宾、马来西亚、澳洲、新加坡、印尼、阿拉伯海、大西洋、印度洋等地。藻体草绿色，薄叶状，形态多变，有圆形、卵形、长椭圆形。藻体厚度约30μm～50μm，高可达30cm。生长在中低潮带至潮下带2米深的礁岩上，在静水域可较宽较大的叶面，繁盛期在二月～四月。在野生状态，孔石莼是潮间带生物量最大的海藻。目前也可以人工栽培，栽培的孔石莼可以达到1米左右。孔石莼作为一种重要的经济海藻，分布广泛，生物资源量巨大。
孔石莼的化学成分复杂，除了含多糖、脂肪、蛋白质等主要成分外，还含有其它多种成分。据北戴河产的孔石莼干品分析，含氯2.10％、钾5.21％、氯化钾8.20％、碘0.013％、灰分8.12％、可溶性盐21.12％和多种维生素、麦角固醇，此外还含有醋酸、丙酸、丁酸、戌酸、十四酸、十六酸和亚麻酸、香芹酮、糠醛、苯甲醛、柠檬酸、首香醛、香草醛、桂皮醛、异香草醛、柠檬烯、洋棕木醚、对聚伞檬花素、枝叶素、丁子香酚、芳香醇、维生素B12。所以，孔石莼是药用海藻，中国专利CN1165551C公开了一种调节血脂的孔石莼多糖及其制备方法。目前，孔石莼较多地用作饲料和肥料，少量食用。孔石莼巨大的生物质量和以多糖为主的化学成分将在能源资源化方面具有难以估量的巨大的潜在价值，将引起科学工作者的注意，以孔石莼为原料通过发酵制取沼气的研究开发应用前景广阔。
经文献检索，未见与本发明内容相同的公开报道。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种用海藻孔石莼发酵制取沼气的方法。
本发明的技术方案为(沼气生产方法基本同常规方法)：
1、将打捞的新鲜或风干的孔石莼粉碎至粒度小于50mm；
2、将粉碎后的孔石莼与接种物加入发酵装置中，搅拌混均，补充水或沼液，搅拌混均，控制TS浓度在10％-25％，接种物可以采用正常发酵状况下沼气发酵装置中的沼渣或沼液、水体底下污泥、粪便堆沤富集、孔石莼堆沤富集，接种量大于10％；
3、投料完成后，密封发酵装置，在自然温(常温)下发酵30天-60天，停止发酵的时间以TS产气量、产气速度或甲烷含量定，在正常产气情况下，TS产气率达到300ml/g以上时结束发酵；在正常发酵温度以上，即15℃以上，池容产气率低于0.1m3/(m3·d)时结束发酵；在正常发酵情况下，所产沼气中甲烷含量低于45％时结束发酵。
经测定，孔石莼的沼气发酵潜力为：孔石莼TS产气率和VS产气率分别为317ml/g和405ml/g，沼气中甲烷最高含量71.8％。
本发明的优点在于：
1、孔石莼发酵后产生的沼气品位高，为孔石莼提供了新的用途；
2、孔石莼沼气发酵残留物是高品质的有机肥料或土壤改良剂；
3、孔石莼沼气可替代化石燃料，减少温室气体的排放，缓解温室效应；
4、属于可再生资源的孔石莼的大规模人工种植，可防止和减少海洋赤潮的发生，起到海洋水体环境的保护和治理作用；
5、孔石莼作为发酵产沼气原料，其TS产气率和VS产气率均与许多陆地生物质相当，并且可以在高浓度下发酵，具有很强的实用性，能够在孔石莼产区大规模地推广应用。
具体实施方式：
本发明的实施及效果如下：
1)实验材料
孔石莼：从青岛市海区打捞，清水冲洗后风干。经沼气发酵常规测定孔石莼的TS为86.28％，VS为72.50％。
接种物：在1999年时由猪粪富集，云南师范大学云南省农村能源工程重点实验室、教育部可再生材料先进技术与制备重点实验室长期添加猪粪培养和保存。经沼气发酵常规测定接种物的TS为8.27％，VS为60.85％。
发酵装置：1000ml自制实验型排水集气发酵装置，排水量(产气量)经标定。
气体分析仪器：HP4890D型。
2)实验方法
采用6套装置，随机分为2组：实验组和对照组，各3个平行。实验组每套加入200g接种物，60g孔石莼；对照组每套加入200g接种物，60g清水。向所有发酵装置中补加清水至800ml。在最高温19.0℃、最低温13.0℃下，共进行了50天发酵，分析发酵前后料液的TS和VS。实验期间，从启动开始每天定时记录各套装置产气体积；每天上午8:00和下午5:00各记录一次环境温度；当集气瓶中沼气体积超过400ml时，测量气体中CO2含量和CH4含量。
3)实验结果
在整个发酵过程中，3个对照装置均沼气均不足30ml，故忽略不计。孔石莼发酵产沼气实验数据和结果分别见表1和表2。
表1 孔石莼发酵产沼气量、二氧化碳和甲烷含量数据
| 日期 | 二氧化碳含量/％ | 甲烷含量/％ | 日平均产气量/ml | 温度/℃ | 总产气量 |
| 第1天 | 0 | 0 | 0 | 19 | |
| 第3天 | 30.33 | 47.90 | 77.83 | 18.5 | |
| 第6天 | 37.67 | 61.067 | 126.39 | 19 | |
| 第9天 | 26.67 | 65.80 | 85.28 | 18 | |
| 第12天 | 32.67 | 60.93 | 60.28 | 18 | |
| 第14天 | 37.00 | 67.37 | 137.17 | 17.5 | 3525.4ml |
| 第16天 | 33.33 | 64.00 | 178.33 | 17.8 | |
| 第18天 | 35.67 | 42.20 | 158.33 | 15.3 | |
| 第22天 | 28.00 | .71.80 | 83.16 | 14.5 | |
| 第33天 | 47.67 | 43.57 | 33.49 | 13 | |
| 第39天 | 39.00 | 29.65 | 62.08 | 16 | |
| 第50天 | 40.67 | 33.17 | 28.72 | 14 |
表2 孔石莼发酵产沼气前后料液变化及结果
| 启动 | 结束 | 降解 | 降解率 | 产气率 | |
| 料液TS | 13.45％ | 12.06％ | 11.12g | 10.33％ | 317ml/g |
| 料液VS | 65.37％ | 63.89％ | 8.70g | 12.37％ | 405ml/g |
由上面两个表中数据可以看出，孔石莼原料的TS产气率和VS产气率分别达到317ml/g和405ml/g，所产沼气中甲烷最高含量可达71.8％，与许多陆地生物质产沼气潜力相当或接近，是比较理想的产甲烷原料。
Claims (1)
1.一种用海藻孔石莼发酵制取沼气的方法，经粉碎、与接种物搅拌混均、发酵工序制成，其特征在于该方法的具体步骤如下：
a、将打捞的新鲜或风干的孔石莼粉碎至粒度小于50mm；
b、将粉碎后的孔石莼与接种物加入发酵装置中，搅拌混均，补充水或沼液，搅拌混均，控制TS浓度在10％-25％，接种物采用正常发酵状况下沼气发酵装置中的沼渣或沼液、水体底下污泥、粪便堆沤富集、孔石莼堆沤富集，接种量大于10％；
c、投料完成后，密封发酵装置，在自然温下发酵30天-60天，停止发酵的时间以TS产气量、产气速度或甲烷含量定，在正常产气情况下，TS产气率达到300ml/g以上时结束发酵；在15℃以上，池容产气率低于0.1m3/(m3·d)时结束发酵；或者所产沼气中甲烷含量低于45％时结束发酵。
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