CN101475963B - 一种以海带为原料生产沼气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以海带为原料生产沼气的方法。包括以下步骤：(1)用水对海带进行漂洗；(2)对步骤(1)所得的海带进行晾干、粉碎处理，粉碎至粒径为100～200目；(3)将步骤(2)所得的海带投入到发酵装置中，加入接种物，接种物TS与海带TS的重量比为1∶1～5；(4)加淡水调整发酵装置内总固形物含量为2.5％～10％；(5)控制步骤(4)中混合物的初始pH值在6.5～7.5；(6)将发酵装置密封，置于恒温水浴中，控制发酵温度在35±3℃。本发明以非常低廉的成本在获取沼气这一能源，为海带提供了一种新的利用途径，可大力推动海带栽培业的发展，而海带栽培业可以促进海洋生态环境的改善。

Description

一种以海带为原料生产沼气的方法
技术领域
本发明涉及能源领域，具体是涉及一种生产沼气的方法，更具体是一种以海带(Laminaria japonica)为原料生产沼气的方法。 
背景技术
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。 
目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。我国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。 
在生物质能领域，沼气占有重要地位。沼气是一种可再生的清洁能源，由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。沼气是有机物在隔绝空气和一定的温度、湿度、酸碱度等条件下，经过沼气细菌的作用产生的一种可燃气体。沼气是一种混合气体，主要成分是甲烷、其余为二氧化碳、氧气、氮气和硫化氢，其中甲烷含量约为55％--70％，二氧化碳含量约为30％--45％。甲烷的热值为35.9MJ/m3，沼气低热值20--25MJ/m3，与空气混合燃烧时，呈蓝色火焰，温度高达1400℃，能够产生大量的热量，每立方米沼气的热值相当于5500大卡原煤3.3公斤。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。沼气发酵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垃圾、粪便、秸秆等工农业生产、生活有机废弃物，可参见中国专利CN93110816.0、CN99802553.4、CN01103983.3、CN01817788.3、CN200510040013.2等。 
大型工业化沼气生产和利用的原料主要是工农业生产和生活中产生的有机废弃物。生物质主要包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸秆、林业加工残余物和各类有机垃圾等。我国生物质资源十分丰富， 资源总量不低于30亿吨干物质/年，相当于10亿多吨油当量，约为我国目前石油消耗量的3倍。 
但是我国作为海洋大国，利用海藻生产沼气的研究和应用却极为少见。 
目前，中国海藻产业得到了长足发展，其最大特点是：产量高，人工养殖海藻的产量居世界第一，总产量占世界的一半。在众多栽培和野生海藻中，海带产量约占世界海藻总产量的一半。我国栽培的海带品种为日本海带(Laminaria japonica)，作为海带生产大国，海带鲜品产量自1993年持续高达300多万吨，干品60万吨，2002年中国养殖海带制品产量841540吨，其中福建省占39.0％，山东省占36.9％，辽宁省占23.0％。 
海带(Laminaria japonica)含碳水化合物54.3％～56.3％，脂肪0.1％～0.5％，蛋白质8.2％，粗纤维7.0％～9.8％，并含多种维生素及多种氨基酸，灰分为12.9％～17.0％。海带主要用做褐藻胶工业原料、食用和饲料，但仅仅这些用途还远远不够。海带(Laminariajaponica)生物量巨大，含有丰富的多糖、纤维素和蛋白质，在生物质能源领域具有巨大的应用潜力，特别是在发酵产沼气方面具有很大的现实意义。用海带生产工业沼气的研究将生物质能源研究和应用的领域从陆地扩展到海洋，对海藻生物质能源的研究和应用起到强有力的示范和拉动作用，也为生物质能源提供了新的发展方向和思路，同时可大力推动海藻栽培业的发展，而海藻栽培业可以促进海洋生态环境的改善。 
发明内容
本发明的目的在于针对本发明领域现有技术的空白，提供一种以海带(Laminaria japonica)为原料生产沼气的方法，针对海带(Laminaria japonica)的特殊性质，以非常低廉的成本在获取沼气这一能源，为海带提供了一种新的利用途径，可大力推动海带栽培业的发展，而海带栽培业可以促进海洋生态环境的改善。 
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括下列步骤： 
(1)用水对海带(Laminaria japonica)进行漂洗，除去盐分和泥沙等杂质； 
(2)对步骤(1)所得的海带(Laminaria japonica)进行晾干、粉碎处理，粉碎至粒径为100～200目； 
(3)将步骤(2)所得的海带(Laminaria japonica)投入到发酵装置中，加入接种物，接种物TS(总固体含量)与海带(Laminariajaponica)TS(总固体含量)的重量比为1∶1～5； 
(4)发酵装置内加淡水，并调整发酵装置内总固形物含量为2.5％～10％；
(5)控制步骤(4)中混合物的初始pH值在6.5～7.5； 
(6)将发酵装置密封，置于恒温水浴中，控制发酵温度在35±3℃。 
2～3天后开始产生沼气，发酵周期在34天左右，发酵过程中，每天对发酵装置进行搅拌、振荡，当发酵装置产气量小于日平均产气量的5％时补充新原料开始新一轮沼气发酵。 
可采用排水集气法收集所生产的沼气，所述排水集气法所用的“水”为饱和食盐水。。 
步骤(2)中，海带(Laminaria japonica)自然晾干后用植物粉碎机处理5分钟，使海带(Laminaria japonica)粒径达到100～200目。 
步骤(3)中，所述接种物为牛粪、猪粪、人粪或污水处理厂二沉池污泥中的一种或多种。 
步骤(5)中，当发酵液自然pH值偏低时，用来调整pH的物质为氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水和草木灰等。 
步骤(6)中，发酵过程中，每天对发酵装置进行搅拌、振荡。 
本发明的优点：海带(Laminaria japonica)发酵所产生的沼气具有较高的品位，本发明为海带(Laminaria japonica)的利用提供了新的途径；本发明对海藻生物质能源的研究和应用起到强有力的示范和拉动作用，也为生物质能源提供了新的发展方向和思路，同时可大力推动海藻栽培业的发展，而海藻栽培业可以促进海洋生态环境的改善。 
附图说明
图1为本发明实施例的沼气制备装置示意图。 
具体实施方式
如图1所示，实施例采用的沼气制备装置由恒温控制装置1、沼气发酵瓶2、排水集气瓶3、接水瓶4、导管6构成，所述恒温控制装置1包括水槽、加热管、温度传感器、温度控制仪和继电器。所述沼气发酵瓶2采用2000ml的透明玻璃三角瓶，用来装发酵液10，沼气发酵瓶2用适当大小的橡胶塞13封口，在橡胶塞上钻出取样口5和输气口。排水集气瓶3也是采用2000ml的透明玻璃三角瓶，橡胶塞13封口，并在橡胶塞上钻出进气孔和导水孔，所述排水集气瓶3装有饱和食盐水11。接水瓶4为2000ml透明玻璃烧杯，装有饱和食盐水12。在所有孔上都插入玻璃管作为连接口，然后用8mm直径的硅胶管连接管路，并用凡士林密封。 
实施例1 
(1)用自来水对海带(Laminaria japonica)进行漂洗，除去盐分和泥沙等杂质；
(2)对步骤(1)所得的海带(Laminaria japonica)进行晾干、粉碎处理，粉碎至粒径为100～200目； 
(3)将步骤(2)所得的海带(Laminaria japonica)50克(干重45.3克)投入到发酵装置中，加入接种物牛粪142.3克(干重45.3克)，此时，接种物TS(总固体含量)与海带(Laminaria japonica)TS(总固体含量)的重量比为1:1； 
(4)发酵装置内加淡水，并调整发酵装置内总固形物含量为5.3％； 
(5)向反应装置内加入少量饱和石灰水，使发酵液初始pH值为7.0； 
(6)将发酵装置密封，置于恒温水浴中，控制发酵温度在35±3℃，2天后开始产生沼气，发酵周期为34天，发酵过程中，每天对发酵装置进行搅拌、振荡，当发酵装置产气量大幅降低时停止发酵； 
(7)采用排水集气法收集沼气，每天观察排水量，既得每日产气量，每5天用气体采样袋收集气体样品，用气相色谱测定气体成分。 
结果如下：34天内的总产气量为11945ml，平均日产气量为351.3ml，甲烷最高含量为63.7％。 
实施例2 
(1)用自来水对海带(Laminaria japonica)进行漂洗，除去盐分和泥沙等杂质； 
(2)对步骤(1)所得的海带(Laminaria japonica)进行晾干、粉碎处理，粉碎至粒径为100～200目； 
(3)将步骤(2)所得的海带(Laminaria japonica)25克(干重22.65克)投入到发酵装置中，加入干重5.66克的接种物猪粪，此时，接种物TS(总固体含量)与海带(Laminaria japonica)TS(总固体含量)的重量比为1:4； 
(4)发酵装置内加淡水，并调整发酵装置内总固形物含量为5.3％； 
(5)向反应装置内加入少量碳酸氢钠，使发酵液初始pH值为6.5； 
(6)将发酵装置密封，置于恒温水浴中，控制发酵温度在35±3℃，2天后开始产生沼气，发酵周期为34天，发酵过程中，每天对发酵装置进行搅拌、振荡，当发酵装置产气量大幅降低时停止发酵； 
(7)采用排水集气法收集沼气，每天观察排水量，既得每日产气量，每5天用气体采样袋收集气体样品，用气相色谱测定气体成分。 
结果如下：34天内的总产气量为4877ml，平均日产气量为143.4ml，甲烷最高含量为61.1％。 
实施例3
(1)用自来水对海带(Laminaria japonica)进行漂洗，除去盐分和泥沙等杂质； 
(2)对步骤(1)所得的海带(Laminaria japonica)进行晾干、粉碎处理，粉碎至粒径为100～200目； 
(3)将步骤(2)所得的海带(Laminaria japonica)50克(干重45.3克)投入到发酵装置中，加入干重为9.06克的接种物人粪，此时，接种物TS(总固体含量)与海带(Laminaria japonica)TS(总固体含量)的重量比为1:5； 
(4)发酵装置内加淡水，并调整发酵装置内总固形物含量为9.9％； 
(5)向反应装置内加入少量氨水，使发酵液初始pH值在7.5； 
(6)将发酵装置密封，置于恒温水浴中，控制发酵温度在35±3℃，2天后开始产生沼气，发酵周期为34天，发酵过程中，每天对发酵装置进行搅拌、振荡，当发酵装置产气量大幅降低时停止发酵； 
(7)采用排水集气法收集沼气，每天观察排水量，既得每日产气量，每5天用气体采样袋收集气体样品，用气相色谱测定气体成分。 
结果如下：34天内的总产气量为9538ml，平均日产气量为280.5ml，甲烷最高含量为62.2％。 
实施例4 
(1)用自来水对海带(Laminaria japonica)进行漂洗，除去盐分和泥沙等杂质； 
(2)对步骤(1)所得的海带(Laminaria japonica)进行晾干、粉碎处理，粉碎至粒径为100～200目； 
(3)将步骤(2)所得的海带(Laminaria japonica)25克(干重22.65克)投入到发酵装置中，加入干重7.55克的接种物污水处理厂二沉池活性污泥，此时，接种物TS(总固体含量)与海带(Laminaria japonica)TS(总固体含量)的比值为1:3； 
(4)发酵装置内加淡水，并调整发酵装置内总固形物含量为2.5％； 
(5)向反应装置内加入少量草木灰，使发酵液初始pH值在6.8； 
(6)将发酵装置密封，置于恒温水浴中，控制发酵温度在35±3℃，2天后开始产生沼气，发酵周期为34天，发酵过程中，每天对发酵装置进行搅拌、振荡，当发酵装置产气量大幅降低时停止发酵； 
(7)采用排水集气法收集沼气，每天观察排水量，既得每日产气量，每5天用气体采样袋收集气体样品，用气相色谱测定气体成分。 
结果如下：34天内的总产气量为5245ml，平均日产气量为154.3ml，甲烷最高含量为59.8％。

Claims (7)

1.一种以海带为原料生产沼气的方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)用水对海带进行漂洗，除去盐分和泥沙等杂质；
(2)对步骤(1)所得的海带进行晾干、粉碎处理，粉碎至粒径为100～200目；
(3)将步骤(2)所得的粉碎后的海带投入到发酵装置中，加入接种物，接种物总固体含量与海带总固体含量的重量比为1∶1～5；所述接种物为牛粪、猪粪、人粪或污水处理厂二沉池污泥中的一种或多种；
(4)发酵装置内加淡水，并调整发酵装置内总固形物含量为2.5％～9.9％；
(5)控制步骤(4)中混合物的初始pH值在6.5～7.5；
(6)将发酵装置密封，控制发酵温度在35±3℃。
2.根据权利要求1所述的生产沼气的方法，其特征是：采用排水集气法收集沼气。
3.根据权利要求1所述的生产沼气的方法，其特征是：步骤(2)中，海带自然晾干后用植物粉碎机处理。
4.根据权利要求1所述的生产沼气的方法，其特征是：步骤(5)中，当发酵液自然pH值偏低时，用来调整pH的物质为氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水或草木灰。
5.根据权利要求1所述的生产沼气的方法，其特征是：步骤(6)中，发酵过程中，每天对发酵装置进行搅拌、振荡。
6.根据权利要求1所述的生产沼气的方法，其特征是，步骤(6)中，发酵装置产气量小于日平均产气量的5％时补充新原料开始新一轮沼气发酵。
7.根据权利要求2所述的生产沼气的方法，其特征是：所述排水集气法所用的为饱和食盐水。
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