CN103468749A - 一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法，通过对能源草进行青贮预处理，并且在青贮过程中添加乳酸菌和/或纤维素酶，改变能源草纤维结构，增加青贮原料中可发酵干物质总量，显著提高能源草厌氧发酵产生甲烷的效率。本发明提供的提高能源草厌氧发酵产气量的方法是生物学方法，青贮添加剂都是生物学原料，青贮也是生物学过程，即能显著提高能源草产气效率，又不会造成二次污染，整个过程操作简单，安全可靠，使用的原料来源广泛，成本低廉，对生产场地要求不高，可以工业化大规模生产，成本显著低于化石能源、生物酒精、生物柴油等其他生物能源，具有市场竞争能力。
Description
技术领域
本发明涉可再生能源领域，具体涉及一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法。
背景技术
我国是世界第二大能源生产国与消费国，随着经济的不断快速发展，能源生产已经无法满足能源消费的快速增长，石油对外依存度逐年增加，能源短缺矛盾比较突出，同时，我国环境保护压力日益增大。可再生能源因其优质、清洁的特点，成为国家节能减排任务中重点发展的能源种类，我国已经于2007年制定了《可再生能源中长期发展规划》，明确2020年可再生能源在我国能源消费结构中要达到20%的比例。沼气是我国可再生能源的重要组成部分，但目前沼气工程主要用来处理畜禽养殖粪污和工业有机废水，原料结构单一，受原料收集条件限制，沼气不能实现工业化规模化生产。而能源植物是一种专门种植，生长旺盛、光合作用能力强、碳氢化合物含量高的能提供生物能源的植物，一般以禾本科草类植物为主，通过能源草厌氧发酵产生沼气是一种生产可再生能源的十分有前景的途径。
能源植物中半纤维素和木质素坚固地镶嵌在纤维素中，形成结晶化和木质化，阻碍了厌氧发酵过程中酶对纤维素类物质的降解速度，因此，通过能源草厌氧发酵制备沼气的关键是破坏纤维的结构、降解木质素，提高能源产出效率。这一问题目前已有一定研究，刘斌等公开了一种利用能源草湿干联合发酵制备沼气和生产有机肥的方法（CN103060388A），孙永明等公开了一种提高能源草制备生物燃气效率的两相反应方法（CN102321674A），吕学斌等公开了农作物秸秆青贮及青贮秸秆高效生产沼气的方法（CN102719484A），在吕学斌的研究中，是通过在刚收获的秸秆中添加一定量的添加剂进行青贮，并将青贮后的秸秆通过两步处理将其中大部分的有机质转移到液相，然后液体进行厌氧发酵产沼气，但其使用的是化学添加剂，而且固液分离步骤较为繁琐，需要化学催化剂，还需考虑成本问题。目前已有的这些方法核心都是破坏木质纤维本身的结构以提高能源草的利用效率，但是目前的处理方法都局限于物理法和化学法，物理法对“木质素-碳水化合物联合体”结构破坏存在局限性，而化学法处理既增加转化成本又会造成二次污染，而且物理法和化学法都步骤复杂，技术水平要求高，适合小规模生产，不容易实现工业化规模化生产。采用能源草生产沼气，既要保护坏境，防止二次污染，又需要工业化规模化生产才能最大限度降低成本，才能和其他能源（化石能源、生物酒精、生物柴油等）相竞争。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法，目的在于提供一种采用生物法，即使用青贮添加剂，对能源草进行青贮预处理，改变纤维结构，从而提高能源草厌氧发酵产气量的方法。
本发明的提高能源草厌氧发酵产气量的方法，包括以下步骤：
（1）能源草青贮预处理：将能源草原料粉碎为1-5cm长，晾晒至含水量为40-70%，添加乳酸菌或纤维素酶、或二者同时添加，混合均匀后装入专用青贮袋抽真空密封，常温发酵15-45天得到能源草青贮原料；
（2）利用能源草青贮产生甲烷：将能源草青贮原料粉碎，按1∶10-20的重量比例加入沼液，再加入重量百分比为1.5%-3.5%的碳酸氢铵，混合均匀后装入密封反应器中，37℃中温厌氧发酵15-45天产生甲烷。
所述乳酸菌添加浓度为0.5-3.0×105cfu/g。
所述纤维素酶添加浓度为0.01-0.05g/t鲜重。
所述能源草选自柳枝稷、虉草、芒草、王草、芦竹、杂交狼尾草、象草、大米草中的一种或几种。
优选地，所述乳酸菌添加浓度为1.5-2.5×105cfu/g。
优选地，所述纤维素酶添加比例为0.02-0.03g/t鲜重。
所述沼液来自污水处理厂或畜禽养殖场的沼气池。
沼气池的沼液中含有微生物，可对纤维素物质进行厌氧发酵产生甲烷，这是现有技术已经确定的，本发明提供的技术方案，是利用青贮过程中添加乳酸菌或纤维素酶，或二者同时添加，改变纤维结构、增加青贮原料中可发酵干物质总量，显著提高能源草厌氧发酵产生甲烷的效率。其中，乳酸菌的作用是扩大青贮原料中乳酸菌群体，有效抑制有害微生物的繁殖，加速发酵进程，有利于青贮原料的贮存和降低能源草保存过程中营养物质的损失；纤维素酶的作用是破坏纤维素类物质的结构，降低结晶度，脱去木质素，增强了微生物与纤维素的有效接触，增加了可发酵干物质的总量，从而显著提高能源草的厌氧发酵产气量。
本发明的提高能源草厌氧发酵产气量的方法的有益效果如下：
1、生物法预处理能源草，无副作用：将能源草青贮后作为产气原料，所使用的青贮添加剂都是生物学原料，青贮是生物学过程，既能全面改变纤维结构，又不会造成二次污染。
2、成本低，效率高，不会造成二次污染：乳酸菌和纤维素酶，都是生物学原料，来源广泛，成本低，在青贮过程中能有效提高青贮效率，且不会造成二次污染。
3、预处理操作简单：青贮是国内外应用非常成熟的一种植物处理技术，步骤简单，各个环节技术水平要求不高，可以使用拖拉机切割机等大型农业机械大规模操作。
4、发酵产气过程操作简单，安全可靠：能源草预处理结束后，只需与沼液混合后置入密封反应器，步骤简单，技术水平要求不高，可以工业化大规模操作。一般前10-15天产甲烷较多，之后会下降，工业应用时适时补充原料即可。
5、成本低廉，适用面广：本发明的提高能源草厌氧发酵产气量的方法步骤简单，使用的原料来源广泛，成本低廉，对生产场地要求不高，可以工业化大规模生产，成本显著低于化石能源、生物酒精、生物柴油等其他生物能源，具有市场竞争能力。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明的技术方案，但是本发明的技术方案不以实施例为限。
实施例1：
将杂交狼尾草粉碎为1-3cm长，晾晒至含水量为60%，添加0.03g/t鲜重的纤维素酶，混合均匀后装入专用青贮袋抽真空密封，常温下发酵45天得到杂交狼尾草青贮原料；将杂交狼尾草青贮原料粉碎后按1:10的重量比例加入沼液并进行混合，再加入重量百分比为2.5%的碳酸氢铵，混合均匀后装入密封反应器中，37℃中温条件下厌氧发酵30天产生甲烷。在实验室中操作本实施例，50g添加纤维素酶后得到的杂交狼尾草青贮原料与750g沼液混合，厌氧发酵的产气效率为246.17mL/gVS added，而对照组未添加纤维素酶的杂交狼尾草青贮原料的产气效率是170.68mL/gVS added。青贮预处理中使用纤维素酶可以使杂交狼尾草青贮的厌氧发酵产气率提高44.23%。
实施例2：
将柳枝稷粉碎为2-4cm长，晾晒至含水量为70%，添加2.0×105cfu/g的乳酸菌，混合均匀后装入专用青贮袋抽真空密封，常温下发酵35天得到柳枝稷青贮原料；将柳枝稷青贮原料粉碎后按1:15的重量比例加入沼液并混匀，再加入重量百分比为2.5%的碳酸氢铵，混合均匀后装入密封反应器中，37℃中温条件下厌氧发酵30天产生甲烷。在实验室中操作本实施例，50g添加乳酸菌后得到的柳枝稷青贮原料与750g沼液混合，厌氧发酵的产气效率为195.32mL/gVS added，而对照组未添加乳酸菌的柳枝稷青贮原料的产气效率是175.68mL/gVS added。青贮预处理中使用乳酸菌可以使柳枝稷青贮的厌氧发酵产气率提高11.18%。
实施例3：
将虉草粉碎为1-3cm长，晾晒至含水量为65%，添加2.0×105cfu/g的乳酸菌和0.03g/t鲜重的纤维素酶，混合均匀后装入专用青贮袋抽真空密封，常温下发酵40天得到虉草青贮原料；将虉草青贮原料粉碎后按1:20的重量比例加入沼液并混匀，再加入重量百分比为2.5%的碳酸氢铵，混合均匀后装入密封反应器中，37℃中温条件下厌氧发酵30天产生甲烷。在实验室中操作本实施例，50g添加乳酸菌和纤维素酶后得到的虉草青贮原料与750g沼液混合，厌氧发酵的产气效率为265.25mL/gVS added，而对照组未添加乳酸菌和纤维素酶的虉草青贮原料的产气效率是172.56mL/gVS added。青贮预处理中使用乳酸菌和纤维素酶可以使虉草的厌氧发酵产气率提高53.71%。。
能源草需具备适应性强、生长迅速、生物量大等特点，我国对能源草的研究起步较晚，但是也筛选出柳枝稷、虉草、芒草、王草、芦竹、杂交狼尾草、象草、大米草等草种，因为适应性强、生长迅速、生物量大，能提供充足的厌氧发酵底物，适合作为能源草。
通过实验发现，乳酸菌浓度低于0.5×105cfu/g时，产气效率与不添加乳酸菌时没显著差异，而当乳酸菌浓度高于3.0×105cfu/g时，产气效率反而下降了，分析可能是与发酵过程中乳酸菌的数量应该保持一定的适宜范围有关，数量不能太多也不能太少。
通过实验发现，纤维素酶浓度低于0.01/t鲜重时，产气效率与不添加纤维素酶时没显著差异，而当纤维素酶浓度高于0.05/t鲜重时，产气效率就没有再提高的趋势，分析可能是能源草植株中的纤维含量比例在一定范围内，纤维素酶的浓度也应该保持一定的适宜范围，过低作用效果不明显，过高也没必要。
以上对本发明所提供的一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法进行了详细介绍。本文通过具体实施方式对本发明的原理和实施方式进行了阐述，以上说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）能源草青贮预处理：将能源草原料粉碎为1-5cm长，晾晒至含水量为40-70%，添加乳酸菌或纤维素酶、或二者同时添加，混合均匀后装入专用青贮袋抽真空密封，常温发酵15-45天得到能源草青贮原料；
（2）利用能源草青贮产生甲烷：将能源草青贮原料粉碎，按1∶10-20的重量比例加入沼液，再加入重量百分比为1.5%-3.5%的碳酸氢铵，混合均匀后装入密封反应器中，37℃中温厌氧发酵15-45天产生甲烷。
2.根据权利要求1所述提高能源草厌氧发酵产气量的方法，其特征在于，所述乳酸菌添加浓度为0.5-3.0×105cfu/g。
3.根据权利要求1所述提高能源草厌氧发酵产气量的方法，其特征在于，所述纤维素酶添加浓度为0.01-0.05g/t鲜重。
4.根据权利要求1所述提高能源草厌氧发酵产气量的方法，其特征在于，所述能源草选自柳枝稷、虉草、芒草、王草、芦竹、杂交狼尾草、象草、大米草中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述提高能源草厌氧发酵产气量的方法，其特征在于，所述乳酸菌添加浓度为1.5-2.5×105cfu/g。
6.根据权利要求3所述提高能源草厌氧发酵产气量的方法，其特征在于，所述纤维素酶添加比例为0.02-0.03g/t鲜重。
7.根据权利要求1所述提高能源草厌氧发酵产气量的方法，其特征在于，所述沼液来自污水处理厂或畜禽养殖场的沼气池。
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|---|---|
| CN (1) | CN103468749B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103752588A (zh) * | 2014-01-28 | 2014-04-30 | 福建农林大学 | 一种能源草的综合循环利用方法 |
| CN104041666A (zh) * | 2014-06-05 | 2014-09-17 | 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所 | 热研4号王草和番木瓜皮混合的青贮饲料及其青贮方法 |
| CN104126741A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-11-05 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种厌氧发酵用的能源草本植物的青贮方法及青贮物料混合装置 |
| CN104195182A (zh) * | 2014-08-04 | 2014-12-10 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种厌氧发酵制备生物燃气用的草本能源植物的青贮方法 |
| CN104605153A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-05-13 | 福建农林大学 | 一种能源草在饲料、沼气和纸浆领域综合利用的方法 |
| CN105463031A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-04-06 | 首都师范大学 | 一种利用能源草联产乙醇和甲烷的方法 |
| CN106047943A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-10-26 | 海南神州新能源建设开发有限公司 | 一种利用能源草高效转化沼气的制备方法 |
| CN110218634A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-10 | 鹤山市绿湖生物能源有限公司 | 一种循环利用沼液的沼气发生系统及循环利用方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1888073A (zh) * | 2005-06-27 | 2007-01-03 | 北京合百意生态能源科技开发有限公司 | 复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法 |
| CN101223942A (zh) * | 2008-01-16 | 2008-07-23 | 宝林 | 农作物秸秆的青贮方法 |
| CN102439160A (zh) * | 2009-03-09 | 2012-05-02 | 诺维信公司 | 产生甲烷的改进方法 |
-
2013
- 2013-09-06 CN CN201310403527.4A patent/CN103468749B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1888073A (zh) * | 2005-06-27 | 2007-01-03 | 北京合百意生态能源科技开发有限公司 | 复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法 |
| CN101223942A (zh) * | 2008-01-16 | 2008-07-23 | 宝林 | 农作物秸秆的青贮方法 |
| CN102439160A (zh) * | 2009-03-09 | 2012-05-02 | 诺维信公司 | 产生甲烷的改进方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 牛明芬 等: "不同堆沤处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响", 《环境科学与技术》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103752588A (zh) * | 2014-01-28 | 2014-04-30 | 福建农林大学 | 一种能源草的综合循环利用方法 |
| CN103752588B (zh) * | 2014-01-28 | 2016-04-06 | 福建农林大学 | 一种能源草的综合循环利用方法 |
| CN104041666A (zh) * | 2014-06-05 | 2014-09-17 | 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所 | 热研4号王草和番木瓜皮混合的青贮饲料及其青贮方法 |
| CN104126741A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-11-05 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种厌氧发酵用的能源草本植物的青贮方法及青贮物料混合装置 |
| CN104126741B (zh) * | 2014-07-08 | 2016-08-24 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种厌氧发酵用的能源草本植物的青贮方法及青贮物料混合装置 |
| CN104195182A (zh) * | 2014-08-04 | 2014-12-10 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种厌氧发酵制备生物燃气用的草本能源植物的青贮方法 |
| CN104195182B (zh) * | 2014-08-04 | 2017-07-04 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种厌氧发酵制备生物燃气用的草本能源植物的青贮方法 |
| CN104605153A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-05-13 | 福建农林大学 | 一种能源草在饲料、沼气和纸浆领域综合利用的方法 |
| CN105463031A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-04-06 | 首都师范大学 | 一种利用能源草联产乙醇和甲烷的方法 |
| CN106047943A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-10-26 | 海南神州新能源建设开发有限公司 | 一种利用能源草高效转化沼气的制备方法 |
| CN110218634A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-10 | 鹤山市绿湖生物能源有限公司 | 一种循环利用沼液的沼气发生系统及循环利用方法 |
Also Published As
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|---|---|
| CN103468749B (zh) | 2014-11-19 |
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