CN107338273A - 一种采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法 - Google Patents

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李强
张云飞
贺静
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

本发明提供了一种采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，包括以下步骤：(1)取新鲜金针菇废弃的菇脚，粉碎后向其中添加1％氢氧化钠，然后进行堆沤；(2)待堆沤完毕，向步骤(1)所得物中加入活性炭，活性炭与金针菇菇脚的质量比为1:5～10，充分混合后向混合物中加入接种物进行厌氧发酵产沼气，所述厌氧发酵的温度为35～55℃，发酵pH为6.5‑7.5，厌氧发酵液中总固体含量为5～8％。本方法通过采用金针菇菇脚进行厌氧发酵，并向发酵物料中加入活性炭添加剂，大幅度提高了金针菇菇脚厌氧发酵的产气速率，产气高峰期与未加入添加剂相比提前了10～13天，且厌氧发酵的累积产沼气量也得到大幅度提高。

Description

一种采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法
技术领域
本发明属于厌氧发酵产沼气技术领域，具体涉及一种采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法。
背景技术
金针菇菇脚(Flammulina velutipes stembase，FVS)是金针菇生产过程中所产生的废弃料。由于金针菇是我国重要的栽培食用菌品种，市场需求量大，生产规模增长迅速，现阶段产生了大量菇脚等下脚料。这些下脚料除了少部分被用作饲料外，绝大部分被废弃，不仅造成资源浪费，而且容易带来环境污染。由于金针菇菇脚含有丰富的蛋白质和氨基酸等有机物质，因此可以结合发酵技术对该废弃资源实现二次利用。
厌氧发酵技术可以用于生产沼气，目前常用的原料是畜禽粪便或农作物秸秆，采用厌氧发酵技术不仅对这类废弃资源进行了合理的回收利用，解决了直接抛弃造成的资源浪费和环境污染等问题，而且能够用于生产清洁能源沼气。由于金针菇菇脚中含有大量的有机物，可以用于厌氧发酵，然而目前对于采用金针菇菇脚等下脚料用于厌氧发酵产沼气的相关研究尚未见文献报道；另一方面，采用畜禽粪便或农作物秸秆进行厌氧发酵所得沼气的产气量均不高，且产气速率较低，达到最高产气量所需时间较长，厌氧发酵性能较差。现阶段已有通过向牛粪或作物秸秆等发酵物中加入添加剂来提高厌氧发酵产沼气的性能研究，能够一定程度上提高秸秆等发酵物的产沼气性能。但是对于金针菇菇脚等下脚料的厌氧发酵性能，如何将其用于厌氧发酵产沼气，以及如何通过添加剂来提高金针菇菇脚的产沼气性能，是现阶段针对金针菇菇脚回收利用所需解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，本方法通过采用金针菇菇脚进行厌氧发酵，并向发酵物料中加入活性炭添加剂，大大提高了金针菇菇脚厌氧发酵的产沼气性能，与未加入添加剂相比，产气高峰期提前了10～13天，产气速率得到提高，且厌氧发酵的累积产沼气量也得到大幅度提高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)取新鲜金针菇废弃的菇脚，采用粉碎机粉碎后，向其中加入质量分数为1％的NaOH溶液，所述NaOH溶液与金针菇菇脚的液固比为10～30:1mL/g，然后进行堆沤；
(2)待堆沤完毕，向步骤(1)所得物中加入活性炭，所述活性炭与金针菇菇脚的质量比为1:5～10，充分混合后向混合物中加入接种物进行厌氧发酵产沼气，所述厌氧发酵的温度为35～55℃，发酵pH为6.5-7.5，厌氧发酵液中总固体含量为5～8％。
本发明采用金针菇菇脚作为发酵原料，能够很好地用于厌氧发酵产沼气，并通过向发酵物料中添加活性炭的方法，使得金针菇菇脚的产气性能得到大大提高。如本发明实施例所示，采用本发明的厌氧发酵方法，产气高峰期出现在4-12天，在第6或7天产气速率即达到最高；而未添加活性炭的对照组，产气高峰期出现在16-23天，在第18天产气速率最高；本发明与对照例相比，使得金针菇菇脚的产气高峰期提前了10天以上，且累积产气量也得到大幅度提升。
进一步的，所述活性炭的添加浓度为16～20g/L，采用高浓度的活性炭作为添加剂，达到了大幅度提高金针菇菇脚厌氧发酵的产沼气性能。
进一步的，步骤(2)中所述接种物的加入量与金针菇菇脚的质量比为2～3:1，在上述接种物与金针菇菇脚的质量占比范围内，能够保证接种物将金针菇菇脚进行充分发酵，从而获得较高的产气量。
进一步的，步骤(1)中所述堆沤为在自然条件下进行堆沤3-5天，堆沤的目的是提前将金针菇菇脚中的有机物进行预分解，从而加速后续厌氧发酵的进行。
进一步的，步骤(2)中所述厌氧发酵的时间为25～45天，在较短的发酵时间内，能够保证厌氧发酵的完全，获得较高的产沼气量。
进一步的，所述活性炭为细胞培养级活性炭，能够起到较好的提高发酵性能的作用。
进一步的，所述接种物为活性污泥。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)以金针菇菇脚为原料进行厌氧发酵，很好地解决了目前金针菇生产中带来的菇脚资源的废弃和浪费问题，对环境资源有利；
(2)通过加入活性炭添加剂，大大提高了金针菇菇脚厌氧发酵的产气性能，与未添加活性炭相比，产气高峰期提前了10～13天，产气速率得到提高，且厌氧发酵的累积产气量也得到大幅度提高，发酵周期仅为25～45天。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
(一)发酵原料的准备：
从市场上选取新鲜的金针菇，收集金针菇的菇脚作为厌氧发酵的原料。发酵接种物取自成都市某污水处理厂厌氧段的活性污泥。添加剂活性炭从市场上购买。
金针菇菇脚中总固体含量为9.81％(是将新鲜金针菇于105℃下烘干后测得)，总挥发性有机物VS含量为7.71％；接种物活性污泥中总干物质含量为2.7％，总挥发性有机物VS含量为1.1％。
(二)厌氧发酵处理：
(1)采用粉碎机将金针菇菇脚粉碎后，向其中添加质量浓度1％的氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液与金针菇菇脚的液固比为10:1mL/g，然后在自然条件下进行堆沤3天；
(2)待堆沤完毕，向步骤(1)所得物中加入活性炭，所述活性炭为细胞培养级活性炭，其编号为：C118577，活性炭与金针菇菇脚的质量比为1:5；将二者充分混合后向其中加入活性污泥，采用批式厌氧发酵装置进行厌氧发酵产沼气；活性污泥与金针菇菇脚的质量比为2:1，活性炭的添加浓度为16g/L，厌氧发酵液中总固体含量为5％，厌氧发酵的温度为35℃，发酵pH为6.5，厌氧发酵的时间为25天。
实施例2
(一)发酵原料选取实施例1中的原料。
(二)厌氧发酵处理：
(1)采用粉碎机将金针菇菇脚粉碎后，向其中添加质量浓度1％的氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液与金针菇菇脚的液固比为30:1mL/g，然后在自然条件下进行堆沤5天；
(2)待堆沤完毕，向步骤(1)所得物中加入活性炭，所述活性炭为细胞培养级活性炭，其编号为：C118577，活性炭与金针菇菇脚的质量比为1:10；将二者充分混合后向其中加入活性污泥，采用批式厌氧发酵装置进行厌氧发酵产沼气；活性污泥与金针菇菇脚的质量比为3:1，活性炭的添加浓度为20g/L，厌氧发酵液中总固体含量为8％，厌氧发酵的温度为55℃，发酵pH为7.5，厌氧发酵的时间为45天。
实施例3
(一)发酵原料选取实施例1中的原料。
(二)厌氧发酵处理：
(1)采用粉碎机将金针菇菇脚粉碎后，向其中添加质量浓度1％的氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液与金针菇菇脚的液固比为20:1mL/g，然后在自然条件下进行堆沤4天；
(2)待堆沤完毕，向步骤(1)所得物中加入活性炭，所述活性炭为细胞培养级活性炭，其编号为：C118577，活性炭与金针菇菇脚的质量比为1:8；将二者充分混合后向其中加入活性污泥，采用批式厌氧发酵装置进行厌氧发酵产沼气；活性污泥与金针菇菇脚的质量比为3:1，活性炭的添加浓度为18g/L，厌氧发酵液中总固体含量为7％，厌氧发酵的温度为45℃，发酵pH为7.0，厌氧发酵的时间为40天。
测试例
对实施例1-3中的产甲烷特性进行测定，分别测定各实施例中厌氧发酵过程中厌氧发酵装置内的平均日产气量、总产气量和产气速率变化，并以不加入添加剂的方案作为对照，对照例按照实施例3的方法进行，各实施例及对照例中产甲烷特性的测定结果如表1所示：
表1
从表1可以看出，添加活性炭提高了金针菇下脚料厌氧发酵的产沼气性能。添加活性炭后，产气高峰期出现在4-12天，第6-7天产气速率最高，可高达到32.1mL/(g TS·天)，累积产气量高达1541mL；而未添加活性炭的对照组，产气高峰期出现在16-23天，第18天产气速率最高，达到29.6mL/(g TS·天)，累积产气量为1246mL。因此，本发明实施例1-3通过添加活性炭，大幅度提高了金针菇菇脚厌氧发酵的产沼气性能。

Claims (7)

1.一种采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取新鲜金针菇废弃的菇脚，采用粉碎机粉碎后，向其中加入质量分数为1％的NaOH溶液，所述NaOH溶液与金针菇菇脚的液固比为10～30:1mL/g，然后进行堆沤；
(2)待堆沤完毕，向步骤(1)所得物中加入活性炭，所述活性炭与金针菇菇脚的质量比为1:5～10，充分混合后向混合物中加入接种物进行厌氧发酵产沼气，所述厌氧发酵的温度为35～55℃，发酵pH为6.5-7.5，厌氧发酵液中总固体含量为5～8％。
2.根据权利要求1所述的采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于，所述活性炭的添加浓度为16～20g/L。
3.根据权利要求1或2所述的采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于，步骤(2)中所述接种物的加入量与金针菇菇脚的质量比为2～3:1。
4.根据权利要求1或2所述的采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于，步骤(1)中所述堆沤为在自然条件下进行堆沤3-5天。
5.根据权利要求1或2所述的采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于，步骤(2)中所述厌氧发酵的时间为25～45天。
6.根据权利要求1或2所述的采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于，所述活性炭为细胞培养级活性炭。
7.根据权利要求1或2所述的采用活性炭促进金针菇菇脚厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于，所述接种物为活性污泥。
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