CN105039422B

CN105039422B - 一种利用酒糟为原料高温厌氧发酵产沼气的方法

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Publication number: CN105039422B
Application number: CN201510517251.1A
Authority: CN
Inventors: 周焕东; 张元成; 于萌萌; 吕志凤; 田开艳
Original assignee: SHANDONG BAOLI BIOMASS ENERGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG BAOLI BIOMASS ENERGY Co Ltd
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2018-11-27
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: CN105039422A

Abstract

本发明涉及生物质沼气发酵，具体是一种利用酒糟为原料高温厌氧发酵产沼气的方法，其具体步骤如下：（1）、将酒糟和接种物加入发酵瓶中混合；（2）、向发酵瓶中添加水及碱性物质，调节PH值；（3）、调PH值后，将发酵瓶放在高温摇床中进行发酵；（4）、发酵中，利用排水集气法收集沼气；（5）、记录每日的产沼气量以及累计产沼气量，并利用气相色谱测定每日的沼气成分；（6）、发酵结束后计算酒糟为原料在高温下发酵产沼气的单位容积产沼气率以及单位TS产沼气率。本发明的方法利用酒糟高温厌氧发酵产沼气启动速度快，产气量高，节能环保，具有很高的推广使用价值。

Description

一种利用酒糟为原料高温厌氧发酵产沼气的方法

技术领域

本发明涉及生物质沼气发酵，具体是一种利用酒糟为原料高温厌氧发酵产沼气的方法。

背景技术

面对化石能源的日益枯竭以及化石燃料燃烧排放的二氧化碳导致的环境恶化，寻找新的替代能源已经成为全球共同努力的目标。目前，我国能源资源短缺，油气人均剩余可采储量仅为世界平均水平的6%，常规天然气新增产量仅能满足新增需求的30% 左右。

可再生资源受到大家的广泛关注，现有技术中利用甜高粱秸秆发酵生产生物乙醇具有不与人争粮、不与粮争地的优点，对于提升未来能源结构确保能源安全、持续改善人类生存环境具有重要的战略意义。但是利用甜高粱秸秆生产生物乙醇会产生大量的酒糟，这些酒糟若储存不当或未及时利用，易霉变变质，不仅浪费了宝贵的资源，还会严重污染周围环境；除此以外，酒糟从蒸馏塔出来之后带有一定的高温，这部分温度如果加以利用将会节省很大一部分能耗。

如果通过厌氧消化技术在高温下将甜高粱秸秆生产生物乙醇产生的酒糟转化成可再生清洁能源—生物气，不但解决了大量酒糟无法处理的难题，而且还将酒糟的温度充分利用；生成的生物气首先可直接用作农村新社区户用燃气，进一步提纯后生产车用燃料或注入天然气管网；除此以外，发酵完成后产生的沼渣还可生产有机肥料，具有环境污染治理、可再生能源和土地改良等多方面的作用。而现有技术中没有此类技术方案可实现。

发明内容

本发明是针对以甜高粱秸秆、木薯、甘蔗或者粮食等为原料生产生物乙醇后产生的酒糟无法处理以及能源资源短缺的问题，提供一种利用酒糟为原料高温发酵产沼气的方法。

本发明的技术方案为：一种利用酒糟为原料高温厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于其具体步骤如下：其中沼气发酵技术的常用术语， TS：原料中固体物质的含量VS：原料中挥发性固体物质的含量；

（1）、将酒糟和接种物加入发酵瓶中混合；

（2）、向发酵瓶中添加水及碱性物质，调节PH值；

（3）、调PH值后，将发酵瓶放在高温摇床中进行发酵；

（4）、发酵中，利用排水集气法收集沼气；

（5）、记录每日的产沼气量以及累计产沼气量，并利用气相色谱测定每日的沼气成分；

（6）、发酵结束后计算酒糟为原料在高温下发酵产沼气的单位容积产沼气率以及单位TS产沼气率。

所述酒糟添加量控制在：酒糟TS浓度为2%~3.5%。

所述酒糟为以甜高粱秸秆、木薯、甘蔗或者粮食为原料发酵生产乙醇后产生的醪渣，酒糟粒径<2cm，酒糟TS含量10%~40%，酒糟VS含量10%~30%，酒糟中碳氮比为23~27。

所述接种物添加量控制在：接种物TS浓度为0.5%~1.5% 。

所述接种物为含有甲烷菌的新鲜沼液或者牛粪或者污泥的一种。

所述水的添加量控制在：使最终总沼液体积为发酵瓶体积的3/4。

所述碱性物质为NaOH，PH调至7.5~8.5。

所述摇床转速为100~300rpm，设定每小时摇3~15min。

所述高温摇床中发酵温度为50~60℃，发酵时间为30~50天。

本发明的有益效果可通过上述方案得出：

(1) 酒糟在发酵产乙醇时已经经历了一次发酵，酒糟中的纤维素、半纤维素以及木质素的包裹作用得到初步分解，相当于对酒糟进行了生物预处理，所以以酒糟为原料厌氧发酵产沼气省去了生物预处理过程。

(2) 酒糟中碳氮比在25左右，是厌氧发酵产沼气的最佳碳氮比，不用加入尿素等含氮物质进行调节，不但降低了成本，并且以酒糟为原料进行产沼气时发酵启动速度快。

(3) 酒糟中含有一部分酶、酵母等物质，这都增加了酒糟的有效发酵产气成分，所以本发明采用酒糟TS浓度为2%~3.5%，比一般发酵产沼气的TS浓度（8%左右）要低，此时酒糟产气酸化时间最短，产气速率峰值出现时间缩短，其峰值也提高。

(4) 酒糟从蒸馏塔出来之后具有一定的高温，采用高温厌氧发酵方式能够充分利用酒糟的温度，节约能耗的同时提高了产沼气量并缩短了产气周期。

(5) 在酒糟发酵前对发酵液的PH进行调节，加入的碱性物质电离出OH^-可以与一部分有机酸进行中和使发酵液快速进入产甲烷阶段。

(6) 利用酒糟产气时，接种物添加量太少会使产气启动速度慢甚至酸化严重，接种物添加量太多浪费成本，本发明接种物TS浓度为0.5%~1.5%，此时酒糟的产气速率峰值出现时间以及累计产气量都达到最佳状态。

(7) 实践证明，采用本发明的方法利用酒糟高温厌氧发酵产沼气启动速度很快，在发酵第1天就开始产甲烷，产气周期为32天，累计产气量为25130 ml，平均日产气量为571ml，单位TS产沼气率高达503 ml/g比常规秸秆等农业废弃物产气的TS产沼气率（300ml/g）高很多，单位容积产沼气率为16.8ml/mL。

由此可见，本发明与现有技术相比具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明：

图1为实施方式中用到的发酵装置与集气装置的示意图；

图2为实施方式1中利用酒糟高温厌氧发酵产沼气的发酵天数与日产沼气量关系曲线；

图3为实施方式1中利用酒糟高温厌氧发酵产沼气的发酵天数与累计产沼气量关系曲线。

图4 为实施方式中3中利用酒糟高温厌氧发酵产沼气不同TS浓度下酒糟的单位TS产沼气率曲线。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明在实验室中的实施方式。

酒糟的选取：以甜高粱秸秆为原料发酵乙醇产生的酒糟，其基本组成及含量如下：TS含量16.55 wt%、VS含量15.36 wt %、水83.45 wt %、总氮含量0.3 wt %、总碳含量7.22wt %、有机质含量12.45 wt %、灰分含量1.19 wt %、粗脂肪含量4.97 wt %、纤维素含量6.37 wt %、半纤维素含量5.47 wt %、木质素含量0.81 wt %。

接种物的选取：秸秆发酵产生物气的发酵液，其基本组成及含量如下：TS含量7.20wt%、VS含量3.34 wt %、水92.8 wt %、总氮含量0.2 wt %、总碳含量1.6 wt %、PH 7.05。

具体实施方式1：如附图1，先准确称量300 g酒糟，转移到2000 ml锥形瓶内，再加入245 ml接种物，补加水至锥形瓶的1500 ml处，搅拌均匀，用1mol/L NaOH溶液调节PH至8.02，塞上带有一根导气管的橡胶塞，并用胶枪对橡胶塞与锥形瓶的连接处进行封口，将导气管连接集气装置，将锥形瓶放在55℃的摇床中，摇床转速设定为120 rpm，设定每小时摇3min。做三组重复试验。以只含接种物与水的发酵液做空白试验。每天通过排水集气法记录产沼气量，通过气相色谱仪测沼气的气体成分，并对集气系统进行回水。发酵44天，结束实验，对数据进行分析，结果为：在发酵的第1天气体成分中就出现甲烷，酒糟的累计产气量为25130 ml，平均日产气量为571 ml，单位容积产气率为16.8 ml/mL，单位TS产气率为503ml/L，产气周期(产气量大于95%的天数)为32天，具体如图2、3所示。

具体实施方式2：将酒糟分别放在常温25℃以及中温38℃的摇床中进行发酵产气实验，其他实验步骤如实施方式1所示，结果如表1所示，由结果可知，酒糟在高温下的产气效果明显优于中温、常温下的产气效果。

具体实施方式3：将酒糟的TS浓度分别定为1%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、5%，然后在高温下进行厌氧发酵产气实验，其他实验步骤如实施方式1所示，结果如图4所示，由结果可知，酒糟TS浓度为2%~3.5%时其产气效果较佳。

上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用酒糟为原料高温厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于其具体步骤如下：其中沼气发酵技术的常用术语， TS：原料中固体物质的含量VS：原料中挥发性固体物质的含量；

（1）先准确称量300 g酒糟，转移到2000 ml锥形瓶内，再加入245 ml接种物，补加水至锥形瓶的1500 ml处，搅拌均匀；

（2）用1mol/L NaOH溶液调节PH至8.02，塞上带有一根导气管的橡胶塞，并用胶枪对橡胶塞与锥形瓶的连接处进行封口；

（3）将导气管连接集气装置，将锥形瓶放在55℃的摇床中，摇床转速设定为120 rpm，设定每小时摇3 min；做三组重复试验；以只含接种物与水的发酵液做空白试验；

（4）发酵中，利用排水集气法收集沼气；

（5）每天通过排水集气法记录产沼气量，通过气相色谱仪测沼气的气体成分，并对集气系统进行回水；

（6）发酵44天，结束实验，对数据进行分析，发酵结束后计算酒糟为原料在高温下发酵产沼气的单位容积产沼气率以及单位TS产沼气率；

所述酒糟添加量控制在：酒糟TS浓度为2%~3.5%；所述酒糟为以甜高粱秸秆、木薯、甘蔗或者粮食为原料发酵生产乙醇后产生的醪渣，酒糟粒径<2cm，TS含量16.55 wt%、VS含量15.36 wt %、水83.45 wt %、总氮含量0.3 wt %、总碳含量7.22 wt %、有机质含量12.45 wt%、灰分含量1.19 wt %、粗脂肪含量4.97 wt %、纤维素含量6.37 wt %、半纤维素含量5.47wt %、木质素含量0.81 wt %；所述接种物为秸秆发酵产生物气的发酵液，其基本组成及含量如下：TS含量7.20 wt%、VS含量3.34 wt %、水92.8 wt %、总氮含量0.2 wt %、总碳含量1.6 wt %、PH 7.05；所述水的添加量控制在：使最终总沼液体积为发酵瓶体积的3/4；所述摇床转速为100~300rpm，设定每小时摇3~15min；做三组重复试验，以只含接种物与水的发酵液做空白试验；每天通过排水集气法记录产沼气量，通过气相色谱仪测沼气的气体成分，并对集气系统进行回水；发酵44天，结束实验，对数据进行分析，通过分析得出在发酵第1天就开始产甲烷，产气周期为32天，累计产气量为25130 ml，平均日产气量为571 ml，单位TS产沼气率高达503 ml/g，单位容积产沼气率为16.8ml/mL。