[发明专利]利用木质纤维原料产沼气的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种木质纤维原料产沼气的生物后处理方法，属于农村生态环境保护与农村可再生清洁能源利用领域。

背景技术：

在化石能源渐趋枯竭的今天，能源紧张对全球的影响日益突出，世界开始将目光聚集到新生能源领域。在太阳能、核能、水能、生物质能等诸多新能源中，生物质能源是最安全、最稳定的能源，也是目前国家重点鼓励的新能源领域。生物质资源量庞大，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。将木质纤维原料厌氧生物产沼气具有能耗低、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，符合国家可持续发展的要求。

木质纤维原料由大量有机物和少量无机盐及水构成，其有机成分以纤维素、半纤维素为主，其次是木质素、蛋白质、氨基酸、树脂、单宁等。其中，纤维素、半纤维素和木质素是构成木质纤维原料细胞壁的主要成份。然而，厌氧微生物分解利用木质纤维素的能力较弱，影响了木质纤维原料的厌氧消化产气性能，表现为作物木质纤维原料厌氧消化时间长、消化率低、投入产出效益差，进而限制了作物木质纤维原料在生物产气方面的大规模应用。因而，通过预处理改变作物木质纤维原料物理结构或把它预先降解成简单的化学成分，以利于厌氧菌的消化利用，显得尤为重要。

目前的预处理方式主要包括碱处理、酸处理、爆破、湿式氧化技术和生物降解处理等，其中，生物处理是目前使用较多的预处理方式。生物预处理可以很好的破坏木质纤维原料的木质纤维结构，将被木质素包裹的纤维素裸露出来，增加了微生物与纤维素类物质接触的机会，有利于提高木质纤维原料的生物转化率。但是，由于生物预处理过程中，微生物不仅为分解破坏厌氧微生物难利用的木质素和结晶态纤维素，更多的是分解利用可被厌氧微生物分解利用的纤维素、半纤维素类物质，预处理后木质纤维原料的干物质损失严重，从而降低了原料的累积产气量。此外，由于木质纤维原料结构蓬松，原料的生物预处理生物菌剂的用量很大，预处理场所的需求以及工作量都很大，且菌剂与木质纤维原料很难混合均匀，降低了生物预处理的效率，增加了沼气工程运行成本，以上问题影响了生物预处理的工程应用。因此，发展一种木质纤维原料厌氧发酵产沼气新方法以解决以上问题迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于：现有木质纤维原料产沼气的生物预处理技术，意在利用木质纤维类降解微生物对阻碍厌氧微生物分解破坏的木质纤维结构进行破坏，达到提高木质纤维原料水解率，增加原料产沼气量的目的。在实践中，通过生物接种预处理确实提高了木质纤维原料产沼气率，但同时发现，所接种微生物在破坏木质纤维原料木质纤维结构的同时，也消耗了木质纤维原料中可被厌氧微生物转化产沼气的易降解有机物，如半纤维素、水溶性有机物等。因此，在计算生物预处理损耗木质纤维原料有机物产气潜力后发现，生物预处理并没有明显增加木质纤维原料底物的产气量。本发明提出一种后处理提高木质纤维原料厌氧生物产沼气的方法，即木质纤维原料经粉碎后直接进行厌氧发酵产沼气，发酵后的沼渣经脱水后接种白腐菌等微生物，处理后再次接种进行厌氧生物产沼气，最终达到提高木质纤维原料厌氧生物产气量、降低预处理成本的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种利用木质纤维原料产沼气的方法，其特征在于：工艺由木质纤维原料一次厌氧发酵、生物处理和二次厌氧发酵构成，具体步骤如下：

a）将木质纤维原料切碎至不大于5cm的小段；

b）将切碎的原料加入到厌氧反应器中作为发酵物，在发酵物中接种接种物，接种物的接种量为发酵物干重的5％~30％，接种后混合均匀；

c）向厌氧反应器中加水，将反应器内发酵物初始干物质浓度调节至3~30%，密封反应器，进行一次厌氧发酵产沼气，反应温度为15~60℃；

d）待一次厌氧发酵的产气高峰期过后，将厌氧反应器内的一次厌氧发酵产气高峰过后的沼渣取出，机械脱水至含水率为60~75%；

e）对机械脱水后的沼渣接种微生物菌剂，微生物菌剂接种量为1~3%，置于20~35℃、好氧通气条件下发酵2~7天，形成有氧发酵后的木质纤维原料沼渣；

f）将获得的木质纤维原料沼渣调节pH 6.9~7.1，置于厌氧反应器内内作为发酵物，再次接种接种物，接种物的接种量为发酵物干重的5％~30％，接种后混合均匀再进行二次厌氧发酵产沼气，厌氧反应器内发酵物初始干物质浓度为3～30%，反应温度为15-60℃。