CN102994564A - 一种以泥炭为原料制备沼气的方法 - Google Patents

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马力通
李珺
蔡禄
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Abstract

本发明属于泥炭资源化应用领域，特别涉及一种以泥炭为原料制备沼气的方法。本发明采用泥炭预处理后添加酶液酶解，混合活性污泥发酵沼气，测定沼气中甲烷的含量可达65％。本发明通过恰当的处理工艺，释放出蕴藏在泥炭有机质中的能量，转化为生物质能源沼气，实现了单独以泥炭为原料厌氧发酵制备沼气，开辟了储量丰富的泥炭综合利用的新途径，又可以部分替代和节约化石能源，最终实现低碳循环经济发展、清洁能源替代。

Description

一种以泥炭为原料制备沼气的方法
技术领域
本发明属于泥炭资源化应用领域，特别涉及一种以泥炭为原料制备沼气的方法。 
背景技术
泥炭又称为草炭或泥煤，是煤化程度最低的煤，是煤最原始的状态，几千年形成的天然沼泽地产物，具有无菌、无毒、无污染，通气性能好，质轻、持水、保肥、透气和富含有机质等特点。我国是世界上泥炭资源丰富的大国之一。泥炭是一种在农业、工业、医药等多方面具有较高利用价值的非金属矿产资源，泥炭作为土壤改良剂、有机肥料的基质的开发利用，在我国已经取得比较迅速的发展。泥炭一般灰份含量较高, 若直接作为燃料，燃烧时排放大量烟尘, 污染自然环境，同时增加运输费用、增加运力紧张程度。值得注意的是泥炭的主要成分是有机质和腐殖酸，其中有机质含量平均在40-65%之间，最高可达70%以上，有机质中蕴含有大量的能量，可作为潜在的能源供应体，解决能源供应的安全问题。目前煤炭是中国的主要能源，这在短期内很难改变，造成中国的SO2和CO2排放量分居全球第一和第二位，寻找环境友好型的清洁能源逐步替代石油和煤炭，以满足人类对液体燃料的大量需求，是一个不可逆转的方向。高效合理地将蕴藏在泥炭中的能源重新利用起来，将会部分满足人们对绿色可再生能源的需求。通过恰当的处理工艺，释放出蕴藏在泥炭中的能量，转化为生物天然气等低碳生物质能源，既解决了储量丰富的泥炭高值化的难题，又可以生产生物质能源，部分替代和节约化石能源，最终实现低碳循环经济发展、清洁能源替代。当前直接利用泥炭制备沼气的研究却鲜有报道。天然泥炭大量转化为甲烷是困难的，因为泥炭中可水解键数目很少，泥炭中醚键和C-C键很难被厌氧菌大量降解，不能形成足够小的分子（＜500Da）被厌氧微生物吸收转化，因此以天然泥炭作为原料进行厌氧发酵需要混合其他原料或者进行预处理，才能转化成甲烷。 
专利（200910035462.6）公开了提高木质纤维原料厌氧产气性能的新方法，将木质纤维原料切碎后与草炭按干物质比9∶11～3∶1的比例混合，将混合物进行厌氧发酵产沼气。张学才等报道了泥炭与猪粪的配比是1：1或1：2在严格厌氧的条件下可以制取含甲烷65 %左右的沼气。（张学才, 高风彩. 泥炭制沼气的研究[J]. 煤气与热力, 2000, 20(1):3-5），前者是泥炭与木质纤维原料混合，后者是泥炭与猪粪混合，都没有解决单独以泥炭为原料厌氧发酵制备沼气的难题，限制了泥炭的综合利用和高值化利用。 
目前我国泥炭资源丰富，开发产品单一多集中在肥料和基质，产品科技水平不高，产品附加值较低等问题，需要开发新的技术与工艺，针对泥炭原料厌氧发酵的反应特点，需要研 究相应的预处理方法解决泥炭降解转化的难题，提高沼气的得率，真正实现泥炭转化的工业化与产业化，扩大泥炭的用途，增加泥炭的附加值，提高泥炭开采和利用的经济效益。 
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高泥炭综合利用和高值化利用，测定沼气中甲烷的含量高达65％的一种以泥炭为原料制备沼气的方法。
本发明的技术方案如下： 
本发明提供的泥炭为原料制备沼气的方法，自然风干泥炭粉碎至6～100目，过筛收集泥炭细粉，取1～10g添加酶液20～60℃酶解1～6h；添加质量分数10%～30%的活性污泥，加水调节固液比1:5～1：20，加氢氧化钠溶液调节PH 6.5～7.5，在30～55℃厌氧发酵1～30天，发酵过程中对发酵物进行搅拌，饱和食盐水排水集气法收集沼气，测定沼气中的甲烷含量。 
所述酶液为纤维素酶或木聚糖酶中的一种或两种。  
所述酶液添加量1～50 U/g泥炭。 
本发明的有益效果为： 
（1）泥炭分级利用，泥炭的主要成分是有机质和腐殖酸，其中有机质含量平均在40-65%之间，将泥炭中的有机质转化为生物天然气等低碳生物质能源，发酵残渣中富含的腐植酸将开发为腐植酸类肥料，使泥炭成分综合利用，符合国家的产业政策和能源政策，有利于企业调整产品结构、扩大产品种类。 
（2）泥炭机械加工粉碎，能增加泥炭和厌氧微生物接触的面积，便于微生物的降解发酵，可提高产气量和降解率，方法简便易行，也便于后续的沼气发酵渣提取药用腐植酸或制备腐植酸肥料。 
（3）酶解可促使泥炭中残留的纤维素、半纤维素水解生成单糖或寡糖等，而酶解产生的水溶性多糖可在厌氧微生物的作用下进一步水解转化得到沼气。 
（4）本发明将泥炭中的有机质利用活性污泥制备沼气，实现泥炭主要组分的定向转化，具有反应条件温和、简便易行等优点，解决了泥炭利用方式单一等问题，有利于泥炭产品多元化、资源高值化利用。 
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。 
本发明实施例中使用的纤维素酶、木聚糖酶由宁夏夏盛实业集团有限公司生产。 
实施例1： 取自然风干泥炭粉碎至60目，收集后取3g泥炭细粉，添加1ml纤维素酶和木聚糖酶酶液混合物（0.7ml纤维素酶和0.3ml木聚糖酶）37℃酶解6h，添加质量分数30% 的活性污泥，加水调节固液比1:8，加氢氧化钠溶液调节pH 7.0，在50℃发酵20d，发酵过程中每天对发酵物进行搅拌3次，饱和食盐水排水集气法收集沼气53ml，气相色谱测定沼气中的甲烷含量为60%。 
实施例2：取自然风干泥炭粉碎至40目，收集后取2g泥炭细粉，添加0.5ml木聚糖酶酶液37℃酶解3h，添加质量分数25%的活性污泥，加水调节固液比1:8，加氢氧化钠溶液调节PH 7.5，在35℃发酵15d，发酵过程中每天对发酵装置中的发酵物料进行搅拌4次，饱和食盐水排水集气法收集沼气28ml，气相色谱测定沼气中的甲烷含量为58%。 
实施例3：取自然风干泥炭粉碎至60目，收集后取1g泥炭细粉，添加0.4ml纤维素酶酶液50℃酶解5h，添加质量分数30%的活性污泥，加水调节固液比1:7，加氢氧化钠溶液调节PH 6.9，在50℃发酵10d，发酵过程中每天对发酵装置中的发酵物料进行搅拌5次，饱和食盐水排水集气法收集沼气14ml，气相色谱测定沼气中的甲烷含量为65%。 

Claims (3)

1.一种以泥炭为原料制备沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤：自然风干泥炭粉碎至6～100目，过筛收集泥炭细粉，取1～10g添加酶液20～60℃酶解1～6h；添加质量分数10%～30%的活性污泥，加水调节固液比1:5～1：20，加氢氧化钠溶液调节pH 6.5～7.5，在30～55℃厌氧发酵1～30天，发酵过程中对发酵物进行搅拌，饱和食盐水排水集气法收集沼气，测定沼气中的甲烷含量。
2.根据权利要求1所述的一种以泥炭为原料制备沼气的方法，其特征在于，酶液为纤维素酶或木聚糖酶中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种以泥炭为原料制备沼气的方法，其特征在于，酶液添加量为1～50 U/g泥炭。 
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