CN102925493A - 秸秆厌氧发酵产沼气促进剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种秸秆厌氧发酵产沼气促进剂及其制备方法和应用，促进剂由铁、钴、镍等微量元素以及磷酸盐、有机物、丙酮酸盐、粉煤灰和膨润土制成。其具体使用方法为：在秸秆湿式厌氧发酵时，沼气促进剂添加量为发酵液总量的1~5‰，装料时直接将沼气促进剂投入沼气发酵罐内，搅匀即可；在秸秆高浓度或干式厌氧发酵时，沼气促进剂添加量为秸秆干物质质量的1~3‰，装料时，首先将沼气促进剂溶解于接种物中，随接种物一起与秸秆混合均匀后投入到沼气发酵罐内即可。使用本发明后，由于沼气促进剂中含有兼备有利于水解产酸微生物和甲烷菌活性的复合物质，秸秆干物质产气量可提高15～25%。
Description
技术领域
本发明涉及一种秸秆厌氧发酵产沼气促进剂及其制备方法和应用，属于可再生能源开发利用与环境保护领域。
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。世界上生物质资源庞大，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，而在可收集利用的木质纤维原料中，农业秸秆占很大的比例。目前，秸秆能源化利用的途径主要包括：焚烧、气化、发酵产乙醇、生物柴油和生物产气等几种。与其它转化技术相比，生物产气具有能耗低、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，更符合国家可持续发展的要求。
众所周知，秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，这3种成分的质量占植物纤维原料总质量的80%～92%，厌氧微生物生长繁殖所需的微量元素和营养盐等含量较少，从而影响了秸秆厌氧生物转化的效率和转化率。从目前的研究来看，秸秆直接厌氧生物产沼气的生物转化率普遍较低，一般在20～30%，仍有很大的提升空间。从国内外已有的研究来看，现有的沼气促进剂可分为三类：一是改善发酵微生物的营养状况，满足其营养需求的物质，如豆腐坊、酒坊、粉坊的下脚料；二是为发酵微生物提供促进生长繁殖的微量元素，如泥炭、旧电池等；三是改善和稳定甲烷菌的生活环境，加速新陈代谢的物质，如煤粉、硫酸锌等。添加不同的促进剂对不同发酵原料的促进效果不同，有些甚至对产气有抑制作用。目前的沼气促进剂普遍存在使用面窄、效果不稳定以及成本偏高等问题，如何筛选适用范围广、效果稳定可靠的复合促进剂，已经成为本领域密切关注的课题。
发明内容
本发明的目的是针对现有沼气促进剂效果不稳定、促进产气效果不明显以及用量偏大等问题，发明一种适用范围广、效果稳定可靠的复合促进剂，只需投入少量到沼气池中，搅拌均匀，就可以调节沼气池内的微生态环境和微生物区系，改善发酵物的营养状况，提高秸秆厌氧生物转化率和转化效率。
本发明的目的是这样实现的：一种秸秆厌氧发酵产沼气促进剂，其特征在于：每千克促进剂的组分为：
氯化钴0.02～0.2克； 氯化镍0.04～0.4克； 氯化亚铁0.02～1克；
丙酮酸盐5～100克； 粉煤灰10～300克； 膨润土10～300克；
有机物10～200克； 含有6～80克P2O5的磷酸盐。
本发明涉及的秸秆厌氧发酵产沼气促进剂中：所述的磷酸盐为过磷酸钙、磷酸二氢钙、磷酸氢钙、磷酸钙、磷酸铁、磷酸氢镁、磷酸镁、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钠中的一种或组合；所述的丙酮酸盐为丙酮酸、丙酮酸钠、丙酮酸钙、丙酮酸钾、丙酮酸镁中的一种或组合；所述的有机物为麦麸、米糠、豆饼中的一种或组合。
一种上述秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的制备方法，其特征在于：将所述各组分置于50～60℃下烘干后，粉碎成100～120目，混合均匀，形成的混合粉剂为秸秆厌氧发酵产沼气促进剂。
一种上述秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的应用，其特征在于：在秸秆湿式厌氧发酵时，秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的添加量为发酵液总量的1~5‰；在秸秆高浓度或干式厌氧发酵时，秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的添加量为秸秆干物质质量的1~3‰。
本发明的应用中：在秸秆湿式厌氧发酵时，直接将所述比例的秸秆厌氧发酵产沼气促进剂投入到含有秸秆的沼气发酵罐内搅匀后即可；在秸秆高浓度或干式厌氧发酵时，首先将所述比例的秸秆厌氧发酵产沼气促进剂溶解于接种物中，再将接种物与秸秆混合均匀后一并投入到沼气发酵罐内即可，所述的接种物为污水处理厂的污泥、老沼气池污泥、腐败河泥、新鲜牛粪中的一种或组合。
本发明的应用中：所述的秸秆为切碎至不大于5cm小段的农业秸秆。
本发明的应用中：所述的农业秸秆是指小麦秸、大麦秸、稻草、玉米秸、棉花秆、油菜秸、米草、花生秧中的一种或几种。
本发明的有益效果是：
1、秸秆厌氧发酵产沼气促进剂组分取材方便，制备工艺简单，使用中可操作性强。
2、使用范围广，效果稳定，对常规的农业秸秆如稻秸、麦秸、玉米秸、棉花杆等厌氧发酵产沼气均有很好的促进效果，可提高沼气产量15～25%。
3、使用过程中由于组分中兼备有利于水解产酸微生物和甲烷菌活性的复合物质，且不产生任何副作用，秸秆发酵过程中日产气量明显提高，对产气周期无明显影响，对发酵后的沼渣沼液的农用无任何影响，且由于添加了磷酸盐、粉煤灰等物质，沼渣沼液的肥料价值还有所提高。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
产沼气促进剂粉剂（以下简称促进剂）：
称取0.1克氯化钴、0.2克氯化镍、570克过磷酸钙（P2O5的含量约 68克）、150克麦麸、50克丙酮酸钠、49克粉煤灰、180克膨润土和0.7克氯化亚铁，分别于50℃下烘24小时后，粉碎过100目筛后混合均匀，配成1千克产沼气促进剂粉剂。
实验组和对照组的厌氧发酵实验均在1L玻璃反应器内进行。
实验组采用促进剂。
实验组和对照组使用的秸秆均为切碎至2～3cm小段的小麦秸，接种物均采用驯化的厌氧消化污泥（以下简称污泥），驯化前的污泥取自污水处理厂的污泥。
实验过程：
实验组：将48克（干物质）粉碎至2～3cm长的小麦秸装入1L玻璃反应器内，加入600克的污泥，用水将反应器内发酵物总质量调节至800克（厌氧发酵系统中麦秸TS浓度为6%），加入2.4克促进剂，混合均匀，密封后于35±1℃下进行厌氧发酵产沼气，厌氧发酵时间为45天。
对照组：将48克（干物质）粉碎至2～3cm长的小麦秸装入1L玻璃反应器内，加入600克的污泥，用水将反应器内发酵物总质量调节至800克（厌氧发酵系统中麦秸TS浓度为6%），混合均匀，密封后于35±1℃下进行厌氧发酵产沼气，厌氧发酵时间为45天。
实验组和对照组每个处理3个重复，取平均值进行分析。发酵过程中通过搅拌装置对发酵物进行搅拌，24h内即可产生沼气。每天测定产气量和甲烷含量。
实验结果：实验组累积产气量为15267±650mL，对照组累积产气量为13136±515mL，实验组累积产气量较对照组提高了16.22%。
实施例2
产沼气促进剂粉剂：
称取0.1克氯化钴、0.2克氯化镍、570克过磷酸钙（P2O5的含量约 68克）、150克麦麸、50克丙酮酸钠、210克粉煤灰、19.5克膨润土和0.2克氯化亚铁，50℃下烘24小时后，粉碎过100目筛后混合均匀，配成1千克沼气促进剂粉剂。
实验组和对照组的厌氧发酵实验均在1L玻璃反应器内进行。
实验组采用促进剂。
实验组和对照组使用的秸秆均为切碎至2～3cm小段的小麦秸，接种物均为相同的污泥。
实验过程：
实验组：将48克（干物质）粉碎至2～3cm长的小麦秸装入1L玻璃反应器内，加入600克的污泥，用水将反应器内发酵物总质量调节至800克（厌氧发酵系统中麦秸TS浓度为6%），加入2.4克促进剂，混合均匀，密封后于35±1℃下进行厌氧发酵产沼气，厌氧发酵时间为45天。
对照组：将48克（干物质）粉碎至2～3cm长的小麦秸装入1L玻璃反应器内，加入600克的污泥，用水将反应器内发酵物总质量调节至800克（厌氧发酵系统中麦秸TS浓度为6%），混合均匀，密封后于35±1℃下进行厌氧发酵产沼气，厌氧发酵时间为45天。
实验组和对照组每个处理3个重复，取平均值进行分析。发酵过程中通过搅拌装置对发酵物进行搅拌，24h内即可产生沼气。每天测定产气量和甲烷含量。
实验结果：实验组累积产气量为14950±509mL，对照组累积产气量为12563±485mL，实验组累积产气量较对照组提高了19%。
实施例3
采用与实施例2相同的厌氧发酵装置，相同的促进剂及其用量，相同的实验过程，与实施例2的区别仅在于：所使用的秸秆为粉碎至2～3cm长的稻秸48克（干物质）。
实验结果：实验组累积产气量为15888±664mL，对照组累积产气量为12970±423mL，实验组累积产气量较对照组提高了22.5%。
实施例4
采用与实施例2相同的促进剂和厌氧发酵装置。
实验组采用促进剂。
实验组和对照组使用的秸秆均为切碎至2～3cm小段的小麦秸，接种物均为相同的污泥。
实验过程：
实验组：取0.18克促进剂与150克污泥混合均匀，将粉碎至2～3cm长的小麦秸60克（干物质）加入到污泥中，加水使发酵物总质量至300克（厌氧发酵系统中麦秸TS浓度为20%），混合均匀后转移至1L玻璃反应器内，密封后于35±1℃下进行厌氧发酵产沼气，厌氧发酵时间为60天。
对照组：取粉碎至2～3cm长的小麦秸60克（干物质），接种污泥150克，加水使发酵物总质量至300克（厌氧发酵系统中麦秸TS浓度为20%），混合均匀后转移至1L玻璃反应器内，密封后于35±1℃下进行厌氧发酵产沼气，厌氧发酵时间为60天。
实验组和对照组每个处理3个重复，取平均值进行分析。实验启动后，24h内即可产生沼气。每天测定产气量和甲烷含量。
实验结果：实验组累积产气量为17740±905mL，对照组累积产气量为15360±845mL，实验组累积产气量较对照组提高了15.49%。
以上各实施例不是对本发明的具体限制，只要本领域的技术人员，依据本领域的基本常识，在本发明权利要求启示下，采用相同或类似的技术方案，都属于本发明的保护范畴。
Claims (7)
1.一种秸秆厌氧发酵产沼气促进剂，其特征在于：每千克促进剂秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的组分为：
氯化钴0.02～0.2克； 氯化镍0.04～0.4克； 氯化亚铁0.02～1克；
丙酮酸盐5～100克； 粉煤灰10～300克； 膨润土10～300克；
有机物10～200克； 含有6～80克P2O5的磷酸盐。
2.根据权利要求1所述的秸秆厌氧发酵产沼气促进剂，其特征在于：所述的磷酸盐为过磷酸钙、磷酸二氢钙、磷酸氢钙、磷酸钙、磷酸铁、磷酸氢镁、磷酸镁、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钠中的一种或组合；所述的丙酮酸盐为丙酮酸、丙酮酸钠、丙酮酸钙、丙酮酸钾、丙酮酸镁中的一种或组合；所述的有机物为麦麸、米糠、豆饼中的一种或组合。
3.一种权利要求1所述秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的制备方法，其特征在于：将所述各组分置于50～60℃下烘干后，粉碎成100～120目，混合均匀，形成的混合粉剂为秸秆厌氧发酵产沼气促进剂。
4.一种权利要求1所述秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的应用，其特征在于：在秸秆湿式厌氧发酵时，秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的添加量为发酵液总量的1~5‰；在秸秆高浓度或干式厌氧发酵时，秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的添加量为秸秆干物质质量的1~3‰。
5.根据权利要求4所述秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的应用，其特征在于：在秸秆湿式厌氧发酵时，直接将所述比例的秸秆厌氧发酵产沼气促进剂投入到含有秸秆的沼气发酵罐内搅匀后即可；在秸秆高浓度或干式厌氧发酵时，首先将所述比例的秸秆厌氧发酵产沼气促进剂溶解于接种物中，再将接种物与秸秆混合均匀后一并投入到沼气发酵罐内即可，所述的接种物为污水处理厂的污泥、老沼气池污泥、腐败河泥、新鲜牛粪中的一种或组合。
6.根据权利要求4或5所述秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的应用，其特征在于：所述的秸秆为切碎至不大于5cm小段的农业秸秆。
7.根据权利要求6所述秸秆厌氧发酵产沼气促进剂的应用，其特征在于：所述的农业秸秆是指小麦秸、大麦秸、稻草、玉米秸、棉花秆、油菜秸、米草、花生秧中的一种或几种。
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