CN104152495B - 一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法，属于沼气生产领域，具体步骤为：①菊芋秸秆粗碎成0.8‑1.5cm，加沼液调节含水量至65%‑75%，不加腐熟菌种60‑70℃恒温热解48‑72h；②将发酵后的菊芋秸秆：家畜粪便为5‑8:3的比例，加入新鲜家畜粪便搅拌；③将混合料投入到厌氧发酵装置中，加入接种物混合均匀；④厌氧发酵；有益之处：本发明将菊芋秸秆进行有效预处理，破坏其理化结构，将大分子的纤维素、木质素不完全降解，最大限度的获取碳源，进一步提高厌氧微生物的产沼能力，使沼气产生高效稳定。

Description

一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法
技术领域
本发明涉及一种厌氧产沼气的方法，属于沼气生产领域，具体地说是一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法。
背景技术
菊芋是菊科向日葵属宿根性草本植物，又称洋姜、鬼子姜、五星草。其长势强，植株高大，具有耐寒、耐旱、易于种植等多重优点。菊芋块茎中含有大量糖类物质，总含量可以达到80-95%，通过生物酶解或者酸解等方式转化成单糖，再用微生物将其转化成生物乙醇，因此菊芋块茎既可食用，又可通过深加工制成淀粉、菊糖、食品添加剂、保健品等；菊芋叶片中生物活性物质如绿原酸等含量丰富，所以菊芋是一种不可多得的生态经济型植物。但菊芋的秸秆结构紧密，各部分的化学成分及纤维形态差异大，其内的纤维素，木质素很难按照常规方法处理实现高效转化，因此菊芋的秸秆未被有效利用过。本发明就是利用菊芋秸秆，将其进行有效处理后，通过厌氧微生物菌群的代谢活动进行消化分解，产生沼气，其主要成分是CH4，其次是CO2，沼气是可再生的清洁能源，既可作为燃气亦可发电，为世界石化能源日益枯竭，环境污染严重，需要开发新能源物质的现代做出贡献。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法， 本发明提出的技术方案是：将菊芋秸秆粗碎，用沼液调节并加入腐熟菌种发酵，再向其中加入家畜粪便，搅拌均匀，将混合料投入厌氧发酵装置中，加入接种物混匀，厌氧发酵，收集气体。
本发明的具体步骤为：
①菊芋秸秆粗碎成0.8-1.5cm，加沼液调节含水量至65%-75%，加入腐熟菌种发酵48-72h或者不加腐熟菌种60-70℃恒温热解48-72h；
②将发酵后的菊芋秸秆：家畜粪便为5-8:3的比例，加入新鲜家畜粪便搅拌；
③将混合料投入到厌氧发酵装置中，加入接种物混合均匀；
④厌氧发酵。
所述的步骤①中腐熟菌种是枯草芽孢杆菌、米曲霉、白腐菌、酿酒酵母菌、黑曲霉。
所述的腐熟菌种中按照重量比例，枯草芽孢杆菌为15-25%、米曲霉为25-35%、白腐菌5-15%、酿酒酵母菌5-15%、黑曲霉为25-35%。
所述的加入腐熟菌种的量为固液重量的0.2%-0.5%。
所述的步骤②中发酵后的菊芋秸秆：家畜粪便为2:1。
所述的步骤②中家畜粪便为牛粪、羊粪、猪粪中的一种或几种混合。
所述的步骤③中接种物的加入量为发酵总体积的8-15%。
所述的接种物为TS%=10%-15%厌氧活性污泥。
所述的步骤④中厌氧发酵的条件是温度为33-37℃，每天搅拌2-5次，转速110-140rpm，每次10-20min。
所述的步骤④中厌氧发酵的条件是温度为35℃，每天搅拌3次，转速120rpm，每次15min。
所述的步骤③中最后的发酵体系调成TS%=8%。
本发明的有益之处是：本发明将菊芋秸秆进行粗碎，用沼液调节并加入腐熟菌种发酵或者恒温热解的预处理方法，破坏菊芋秸秆的理化结构，将大分子的纤维素、木质素不完全降解，最大限度的获取碳源，并进一步调配合理配比的家畜粪便作为发酵肥料，加入可再次利用的厌氧活性污泥发酵，使总发酵体系的TS%值达到8%，既环保节能，又有效利用废物，而且进一步提高了厌氧微生物的产沼能力，使沼气产生高效稳定。
附图说明
图1实施例1的厌氧发酵装置内的产气量折线图；
图2实施例1收集到气体中CH4的含量折线图；
图3 实施例2的厌氧发酵装置内的产气量折线图；
图4实施例2收集到气体中CH4的含量折线图；
图5实施例3的厌氧发酵装置内的产气量折线图；
图6实施例3收集到气体中CH4的含量折线图；
图7实施例4的厌氧发酵装置内的产气量折线图；
图8实施例4收集到气体中CH4的含量折线图；
图9实施例5的厌氧发酵装置内的产气量折线图；
图10实施例5收集到气体中CH4的含量折线图；
图11实施例6的厌氧发酵装置内的产气量折线图；
图12实施例6收集到气体中CH4的含量折线图。
具体实施方式
实施例1
利用氧化降解法测定原料菊芋秸秆TS%为90.33%，灰分3.6%，纤维素45.6%，半纤维素16.5%，木质素24.8%；取1t原料粗碎成0.8 cm，用沼液喷淋，加入腐熟菌种的量为固液重量的0.2%，拌匀，调节含水量65%，恒温发酵48小时，腐熟菌种为枯草芽孢杆菌为15%、米曲霉为35%、白腐菌15%、酿酒酵母菌5%、黑曲霉为30%；
测定新鲜牛粪及羊粪TS%为20.56%；取处理后的原料386g，加入新鲜牛粪及羊粪193g混匀；
取所得混合料投入到10L厌氧发酵装置中，加入650mL的TS%=10%的厌氧活性污泥，用沼液定容至6.5L；
33℃中温厌氧发酵，每天搅拌2次，转速110rpm，10min/次；
以连续5天每天产气量低于1000mL/d，定为厌氧消化结束。
每天测量厌氧反应器的产气量，结果见图1；每三天测定收集到气体的CH4含量，结果见图2。
实施例2
利用氧化降解法测定原料菊芋秸秆TS%为92.33%，灰分4.3%，纤维素47.6%，半纤维素13.5%，木质素25.8%；取1t原料粗碎成1 cm，用沼液喷淋，加入腐熟菌种的量为固液重量的0.3%拌匀，调节含水量70%，恒温发酵60小时，腐熟菌种为枯草芽孢杆菌为20%、米曲霉为30%、白腐菌10%、酿酒酵母菌15%、黑曲霉为25%；
测定新鲜牛粪TS%为22.61%；取处理后的原料354g，加入新鲜牛粪212g混匀；
取所得混合料投入到10L厌氧发酵装置中，加入975mL的TS%=15%厌氧活性污泥，用沼液定容至6.5L；
35℃中温厌氧发酵，每天搅拌3次，转速120rpm，15min/次；
以连续5天每天产气量低于1000mL/d，定为厌氧消化结束。
实施例3
利用氧化降解法测定原料菊芋秸秆TS%为91.43%，灰分2.97%，纤维素45.36%，半纤维素12.5%，木质素24.8%；取1t原料粗碎成1.2cm，用沼液喷淋，加入腐熟菌种的量为固液重量的0.5%拌匀，调节含水量70%，恒温发酵72小时，腐熟菌种是黑曲霉，其中枯草芽孢杆菌为25%、米曲霉为25%、白腐菌5%、酿酒酵母菌10%、黑曲霉为35%；
测定新鲜牛粪及猪粪TS%为25.61%；取处理后的原料375g，加入新鲜牛粪及猪粪141g混匀；
取所得混合料投入到10L厌氧发酵装置中，加入833mL的TS%=12.5%厌氧活性污泥，用沼液定容至6.8L；
35℃中温厌氧发酵，每天搅拌4次，转速130rpm，15min/次；
以连续5天每天产气量低于1000mL/d，定为厌氧消化结束。
实施例4
利用氧化降解法测定原料菊芋秸秆TS%为93.25%，灰分3.97%，纤维素44.61%，半纤维素13.7%，木质素24.7%；取1t原料粗碎成1.5cm，用沼液喷淋，不加腐熟菌种60℃恒温热解48h，调节含水量75%；
测定新鲜羊粪TS%为24.61%；取处理后的原料347g，加入新鲜羊粪208g混匀；
取所得混合料投入到10L厌氧发酵装置中，加入966mL的TS%=15%厌氧活性污泥，用沼液定容至6.5L；
35℃中温厌氧发酵，每天搅拌5次，转速140rpm，10min/次；
以连续5天每天产气量低于1000mL/d，定为厌氧消化结束。
实施例5
利用氧化降解法测定原料菊芋秸秆TS%为94.25%，灰分4.27%，纤维素41.61%，半纤维素12.1%，木质素26.7%；取1t原料粗碎成1cm，用沼液喷淋，不加腐熟菌种65℃恒温热解48h，调节含水量70%；
测定新鲜猪粪TS%为26.1%；取处理后的原料378g，加入新鲜猪粪227g混匀；
取所得混合料投入到10L厌氧发酵装置中，加入933mL的TS%=14%厌氧活性污泥，用沼液定容至7L；
35℃中温厌氧发酵，每天搅拌3次，转速140rpm，10min/次；
以连续5天每天产气量低于1000mL/d，定为厌氧消化结束。
实施例6
利用氧化降解法测定原料菊芋秸秆TS%为93.75%，灰分4.01%，纤维素43.21%，半纤维素15.8%，木质素22.45%；取1t原料粗碎成1cm，用沼液喷淋，不加腐熟菌种70℃恒温热解48h，调节含水量75%；
测定新鲜羊粪和猪粪TS%为25.1%；取处理后的原料390g，加入新鲜羊粪和猪粪146g混匀；
取所得混合料投入到10L厌氧发酵装置中，加入1L的TS%=13%厌氧活性污泥，用沼液定容至6.7L；
35℃中温厌氧发酵，每天搅拌2次，转速140rpm，10min/次；
以连续5天每天产气量低于1000mL/d，定为厌氧消化结束。

Claims (7)

1.一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法，其特征是具体步骤为：
①菊芋秸秆粗碎成0.8-1.5cm，加沼液调节含水量至65%-75%，不加腐熟菌种60-70℃恒温热解48-72h；
②将发酵后的菊芋秸秆：家畜粪便为5-8:3的比例，加入新鲜家畜粪便搅拌；
③将混合料投入到厌氧发酵装置中，加入接种物混合均匀；
④厌氧发酵。
2.根据权利要求1所述的一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法，其特征是所述的步骤②中发酵后的菊芋秸秆：家畜粪便为2:1。
3.根据权利要求2所述的一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法，其特征是所述的步骤②中家畜粪便为牛粪、羊粪、猪粪中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法，其特征是所述的步骤③中接种物的加入量为发酵总体积的8-15%。
5.根据权利要求4所述的一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法，其特征是所述的接种物为TS%=10%-15%厌氧活性污泥。
6.根据权利要求5所述的一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法，其特征是所述的步骤④中厌氧发酵的条件是温度为33-38℃，每天搅拌2-5次，转速110-140rpm，每次10-20min。
7.根据权利要求6所述的一种以菊芋秸秆为原料厌氧产沼气的方法，其特征是所述的步骤④中厌氧发酵的条件是温度为35℃，每天搅拌3次，转速120rpm，每次15min。
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