CN105755053A - 一种纤维素类原料制备沼气过程中使用的添加剂 - Google Patents

一种纤维素类原料制备沼气过程中使用的添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纤维素类原料制备沼气过程中使用的添加剂及该添加剂的使用方法，该添加剂由短乳杆菌和纤维素水解酶混合制成，该添加剂的使用方法为：1)将纤维素类原料收割后切成小段，与添加剂混合均匀，密封无氧条件下避光保存25～33天，得青贮；2)将所述青贮与污泥混合进行无氧发酵，得沼气。将本发明所述的添加剂添加到发酵原料中进行混合青贮，可提高发酵体系内的细菌群落多样性，有助于提高纤维素物料的产气率。

Description

一种纤维素类原料制备沼气过程中使用的添加剂
技术领域
本发明涉及生物质能源领域，具体涉及一种沼气制备过程中使用的添加剂。
背景技术
近年来，产业沼气在我国有着强大的需求和市场，但在发展过程中需要稳定持续的原料供应，而传统原料资源有限，将能源作物或能源草作为原料，经微生物厌氧发酵生产沼气，是重要的生物质能转化技术之一。
能源作物的生长具有季节性，为了保证甲烷产出不间断，收获的能源作物必须用适当的方式贮存。青贮是在厌氧环境下乳酸菌利用糖分发酵并产生乳酸的过程，可使青贮料的pH降低到3.8～4.2，抑制各种微生物的活动，达到保存作物目的的过程，青贮作物也是沼气发酵的良好原料。正因为青贮技术保留了原料的营养物质，降低了木质纤维素含量，有利于甲烷菌利用，因此，青贮既是一种贮存原料的方式，也可当作一种预处理方式。
由于受到青贮原料营养组分的限制，通常在青贮制作过程中需要使用添加剂。青贮添加剂的种类很多，通常用于抑制发酵期间的有害菌活动，减少养分损失，提高和维持发酵品质，以便获得更好的青贮料，加速产甲烷过程的启动。从目前的研究结果来看，通常使用单一种类的微生物或化学添加剂，这种添加方式效果有限。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中在青贮过程中使用单一种类的添加剂效果不理想的缺陷，本发明提供一种复合型添加剂。
(二)技术方案
本发明所述的添加剂，包括短乳杆菌和纤维素水解酶。
在青贮过程中添加乳酸菌，可以有效降低青贮pH，增加乳酸及可溶性物质含量，有利于甲烷化过程的启动。纤维素原料的主要成分是木质纤维素，纤维素酶类可以将植物纤维素、木质素等高分子有机化合物分解为可溶性碳水化合物。纤维素酶的青贮添加剂可以显著降低纤维素物料中的酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维，同时也有利于产甲烷过程中甲烷菌的利用。
本发明中，所述短乳杆菌的接种量为0.8×106-1.2×106CFU/gFM，所述纤维素水解酶添加量为0.2～0.6g/KgDM。这种添加量适用于各种种类的纤维素类原料，可根据具体的原料不同进行适当的调整。
本发明中，所述纤维素水解酶为C9748。
本发明的另一目的是保护利用本发明所述添加剂与纤维素类原料混合生产甲烷的方法。
具体的，该方法包括如下步骤：
1)将纤维素类原料收割后切成小段，与所述添加剂混合均匀，密封无氧条件下避光保存25～33天，得青贮；
2)将所述青贮与污泥混合进行无氧发酵，得沼气。
本发明中，所述步骤1)中的具体操作为：将所述纤维素类原料切成1～2cm的小段，控制所述避光保存的温度为25-30℃。
本发明中，所述污泥的含固率TS为5.5～6.5％；所述青贮与污泥的质量体积比为1～2：20；
本发明中，所述污泥选择连续运行甲烷反应器的活性污泥。
本发明中，所述无氧发酵的温度为30～37℃。
本发明中，所述纤维素类原料为柳枝稷。
优选的，该方法包括如下步骤：
1)柳枝稷收割后立即切碎成1-2cm长，不经萎蔫，接种短乳杆菌0.8×106-1.2×106CFU/gFM，并与0.3～0.5g/KgDM纤维素水解酶均匀混合，无氧条件下于25-30℃避光保存，贮存28～32天得青贮；
2)取所述青贮与固含量6.2％的污泥按质量体积比6～8:100混合，控制温度为33～36℃，在无氧条件下进行发酵，收集得到沼气。
(三)有益效果
将本发明所述的添加剂添加到发酵原料中进行混合青贮，纤维素物料经乳酸菌与纤维素酶组合青贮后，提高了原料的可溶性物质及有机酸含量，降低了纤维素和木质素含量，提高了发酵体系内的细菌群落多样性，有助于提高纤维素物料的产气率。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下实施例中选用柳枝稷为纤维素类原料，但本发明所述的添加剂不仅仅可应用于柳枝稷，可应用于任何适宜产甲烷的纤维素类原料。
实施例1
本实施例涉及一种利用柳枝稷进行无氧发酵制备沼气的方法，包括如下步骤：
1)柳枝稷收割后立即切碎成1-2cm长，不经萎蔫，接种短乳杆菌(接种量为1×106CFU/gFM)，并与纤维素水解酶C9748(添加量为0.4g/KgDM)均匀混合，然后填装于容器中，压实密封后于25-30℃避光保存，贮存30天得青贮；
2)取所述青贮35g与500mLTS为6.2％的污泥混合，控制温度为35℃，在无氧条件下进行发酵，收集得到沼气，在发酵的过程中发酵液每天搅拌一次，发酵周期为20天。
实施例2
本实施例涉及一种利用柳枝稷进行无氧发酵制备沼气的方法，包括如下步骤：
1)柳枝稷收割后立即切碎成1-2cm长，不经萎蔫，接种短乳杆菌(接种量为0.8×106CFU/gFM)，并与纤维素水解酶C9748(添加量为0.2g/KgDM)均匀混合，填装于容器中，压实密封后于25-30℃避光保存，贮存25天得青贮；
2)取所述青贮25g与500mLTS为6.5％的污泥混合，控制温度为30℃，在无氧条件下进行发酵，收集得到沼气，在发酵的过程中发酵液每天搅拌一次，发酵周期为20天。
实施例3
本实施例涉及一种利用柳枝稷进行无氧发酵制备沼气的方法，包括如下步骤：
1)柳枝稷收割后立即切碎成1-2cm长，不经萎蔫，接种短乳杆菌(接种量为1.2×106CFU/gFM)，并与纤维素水解酶C9748(添加量为0.6g/KgDM)均匀混合，直接填装于容器中，压实密封后于25-30℃避光保存，贮存33天得青贮；
2)取所述青贮50g与500mLTS为5.5％的污泥混合，控制温度为37℃，在无氧条件下进行发酵，收集得到沼气，在发酵的过程中发酵液每天搅拌一次，发酵周期为20天。
对比例1
同实施例1相比，其区别在于，添加的乳酸菌为布氏乳杆菌Lbu，接种量为1×106CFU/gFM，纤维素水解酶的添加量为0.4g/KgDM。
对比例2
同实施例1相比，其区别在于，所述短乳杆菌的接种量为1×106CFU/gFM，不添加纤维素水解酶。
对比例3
同实施例1相比，其区别在于，不接种短乳杆菌，纤维素水解酶的添加量为0.4g/KgDM。
对比例4
同实施例1相比，其区别在于，不添加任何添加剂，青贮后直接进行发酵。
实验例
对实施例1～3和对比例1～4第6天产生的发酵气体，检测其中的甲烷含量(日本岛津QP2010型气相色谱-质谱仪)，挥发性有机酸(日本岛津LC-20A高效液相色谱仪)含量，及发酵液中的微生物多样性(Miseq高通量测序)。
由以上可见，可见，纤维素物料经乳酸菌与纤维素酶组合青贮后，提高了原料的可溶性物质及有机酸含量，降低了纤维素和木质素含量，提高了发酵体系内的细菌群落多样性，有助于提高纤维素物料的产气率。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种纤维素类原料制备沼气过程中使用的添加剂，其特征在于，所述添加剂包括短乳杆菌和纤维素水解酶。
2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述短乳杆菌的接种量为0.8×106～1.2×106CFU/gFM，所述纤维素水解酶添加量为0.2～0.6g/KgDM。
3.根据权利要求1或2所述的添加剂，其特征在于，所述纤维素水解酶为纤维素水解酶C9748。
4.一种利用权利要求1～3任一项所述添加剂与纤维素类原料混合生产沼气的方法。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将纤维素类原料收割后切成小段，与所述添加剂混合均匀，密封无氧条件下避光保存25～33天，得青贮；
2)将所述青贮与污泥混合进行无氧发酵，得沼气。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，将所述纤维素类原料切成1～2cm的小段，控制所述避光保存的温度为25-30℃。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述污泥的含固率为5.5～6.5％；所述青贮与污泥的质量体积比为1～2：20。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无氧发酵的温度为30～37℃。
9.根据权利要求4～8任一项所述的方法，其特征在于，所述纤维素类原料为柳枝稷。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)柳枝稷收割后立即切碎成1-2cm长，不经萎蔫，接种短乳杆菌0.8×106-1.2×106CFU/gFM，并与0.3～0.5g/KgDM纤维素水解酶均匀混合，无氧条件下于25-30℃避光保存，贮存28～32天得青贮；
2)将所述青贮与固含量6.2％的污泥按质量体积比6～8:100混合，控制温度为33～36℃，在无氧条件下进行发酵，收集得沼气。
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