[发明专利]一种利用纤维素类原料制备沼气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物能源领域，具体涉及一种利用纤维素类原料生产沼气的方法。

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，能源作物或能源草作为重要的纤维素原料，可以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。

纤维素原料是地球上最丰富的生物质原料，在利用农林废弃物及能源作物进行厌氧发酵的过程中，必然伴随着木质纤维素的降解。木质纤维素本身分子量大，纤维素、半纤维素及木质素相互缠绕，结构复杂，性质稳固。在厌氧发酵过程中，阻碍微生物的分解利用，产气速率较低。因此，最大效率，低成本的提高纤维素原料的厌氧产甲烷效率是目前研究的热点。

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。发酵原料收获后的贮存方式一般分为两种，主要以晒制干草和制作青贮为主。物料收获后杀青，制作成干粉状态进行厌氧发酵，是常用的方式，且操作简单，易于发酵。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。但是，现有技术中青贮后再用来发酵产甲烷的工艺还不够成熟，不能高效地产沼气。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决现有技术中不能利用青贮原料高效地产沼气的缺陷，本发明提供一种利用青贮进行无氧发酵制备沼气的方法。

(二)技术方案

本发明所述的沼气的制备方法，包括如下步骤：

1)将纤维素类原料收割后切成小段，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，所述污泥的含固率TS为5.5～6.5％。

本发明中，所述青贮与污泥的质量体积比为1～2：20，控制青贮与污泥中固形物的质量比为1:1～2；选择这样的料泥比可以较好的发挥青贮的甲烷发酵潜力。

本发明中，所述污泥为运行良好的连续发酵反应器的活性污泥，此类污泥微生物种类丰富，有利于甲烷发酵的快速启动。

本发明中，所述无氧发酵的温度为30～37℃。在该温度下，污泥中的微生物生命活动最活跃，有利于充分地进行无氧发酵。

本发明中，所述步骤1)中，控制所述避光保存的温度为25-30℃，在这种温度下，有益于乳酸菌生长。

本发明中，将所述纤维素类原料切成1～2cm的小段。切成1～2cm的小段，有利于后续与污泥的充分混合，有利于无氧发酵的充分进行。

本发明中，所述密封无氧条件为将所述小段装入容器中压实后密封。采用这种方法，可方便地得到无氧条件。

本发明中，所述纤维素类原料为柳枝稷。柳枝稷是一种优良的牧草作物，也是一种能源作物，它是一种多年生草本，生长迅速，生物质产量高；柳枝稷的培养成本低，产量高，经济潜能巨大；而且，柳枝稷对水分和养分的利用效率高，适应性强；进一步的，柳枝稷不占用耕地，充分利用边际土地，对环境适应性强。

本发明所述的方法，优选包括如下步骤：

1)柳枝稷收割后立即切碎成1-2cm，不经萎蔫，在无氧条件下于25-30℃避光贮存28～32天，得青贮；

2)取所述青贮与含固率6.0～6.2％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

同将原料晒干相比，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，有助于纤维素类原料产生甲烷。

本发明所用的青贮方式，操作简易，成本低廉，进一步通过优化后续的发酵工艺，可以保证甲烷产出不间断，而且可以显著提高纤维素物料的产气率，具有广阔的应用前景。

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，不经萎蔫直接填装于容器中，压实密封后于25-30℃避光保存，贮存30天得青贮；