[发明专利]提高木质纤维原料厌氧产气性能的新方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源开发利用与环境保护领域，具本涉及一种利用一种富含矿质营养元素的材料——草炭与木质纤维原料混合发酵来提高木质纤维原料生物转化率的方法。

背景技术

随着石化燃料的日益枯竭，世界开始将目光聚集到新生能源领域。在各种新能源中，生物质能源是最安全、最稳定且不易受外界环境影响的能源，是目前国家重点鼓励的新能源领域之一。地球上生物质资源庞大，种类繁多，包括所有的陆生植物、水生植物、人类和动物的排泄物以及工农业有机物等。在各种可供人类使用的生物质中，木质纤维原料占其中的绝大多数，充分合理的利用好这部分资源对于缓解能源紧张的局势，减少温室气体的排放量，保护当地的环境具有重要意义。目前，对木质纤维原料能源化利用的途径主要包括：焚烧、气化、发酵产乙醇、生物柴油和厌氧产气等几种。与其它转化技术相比，厌氧产气具有能耗低、运行管理方便、产生的沼气清洁无污染等特点，且发酵产生的沼渣和沼液可作为有机肥重回土壤，实现物质和能量的梯级循环利用，更符合国家可持续发展的要求。

顾名思义，木质纤维原料的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，这3种成分的质量占木质纤维原料总质量的80％～95％。纤维素是聚合度为300到15000的线型高分子化合物，由于氢键的作用使很多纤维素分子共同形成结晶区。木质素是纤维素的粘合剂，能增加植物体的机械强度。厌氧条件下木质素不易被分解，且对微生物分解纤维素有屏蔽作用，加之纤维素本身的结晶结构、半纤维素对纤维素的包覆作用等，都导致木质纤维原料厌氧降解困难。此外，木质纤维原料的C/N偏高，是影响其厌氧生物转化的另一个因素。

“草炭”又名“泥炭”，亦叫作“泥煤”，是沼泽发育过程中的产物，由沼泽植物的残体，在多水的嫌气条件下，不能完全分解堆积而成。含有大量水分和未被彻底分解的植物残体、腐殖质以及一部分矿物质。有机质含量在30％以上，pH值一般为5.5～6.5，富含氮、钾、磷、钙、锰等多种元素。将其与稻草混合发酵可改善厌氧系统的营养状况，调节C/N，提高微生物的活性，且其疏松多孔的结构便于微生物附着生长，但较高的腐殖质含量对厌氧发酵会产生一定的抑制。目前，将草炭与木质纤维原料混合厌氧消化产沼气在国内外还未见报道。

发明内容

本发明的目的是为了提高厌氧发酵产沼气的效率，提供一种利用草炭与木质纤维原料混合发酵产沼气并提高发酵后沼渣肥料价值的方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种提高木质纤维原料厌氧产气性能的新方法，包括如下步骤：

(1)木质纤维原料先进行切碎预处理；

(2)将预处理后的木质纤维原料与草炭按干物质(TS)比9∶11～3∶1的比例混合；

(3)将步骤(2)得到的混合物加入厌氧反应器中，并加入接种物，进行接种，混合；

(4)向厌氧反应器中加入水后在30～40℃下进行厌氧发酵产沼气。

其中木质纤维原料选自玉米秸、麦秸、稻秸、米草或甘蔗渣中的一种或几种。可根据季节、地域以及当地的实际情况选择不同的木质纤维原料。将收割后的木质纤维原料通过人工或机械方法切成1.0～3.0cm的小段；或者通过秸秆粉碎机进行切碎至1.0～3.0cm，达到使原料均匀的目的。

在一定范围内，厌氧系统中微生物的种群密度越高，发酵原料的厌氧生物转化率越高。草炭是沼泽发育过程中的产物，具有疏松多孔的结构，含有多种矿质营养元素，且C/N较低。将其加入厌氧系统中可以调节厌氧系统的C/N，提高厌氧微生物的活性，促进木质纤维原料的生物转化。同时，草炭本身是一种优质的有机肥，可以提高发酵后沼渣的肥料价值。“草炭”又名“泥炭”，亦叫作“泥煤”，形成于第四纪，由沼泽植物的残体，在多水的嫌气条件下，不能完全分解堆积而成。含有大量水分和未被彻底分解的植物残体、腐殖质以及一部分矿物质。有机质含量在30％以上，质地松软易于散碎，多呈棕色或黑色，pH值一般为5.5～6.5，呈层状分布，称为泥炭层。不同产地的草炭由于物质组成不同会有不同的物理性质与化学特性，但均含丰富的氮、钾、磷、钙、锰等多种元素。世界各地都有发现“泥炭”的踪迹。除了美国佛罗列达州的大沼泽区(Everglades)外，几乎所有的“泥炭”区都位于高纬度的地区(约占80％)，而世界上约有60％的湿地地区都是“泥炭”的蕴藏区(约达400万平方公里)。