一种利用高木质素废弃物生产沼气的方法与流程

本发明涉及生物能源，尤其涉及一种利用高木质素废弃物生产沼气的方法。

背景技术：

1、将农作物秸秆、禽畜粪便等有机废弃物进行厌氧发酵生产沼气，可替代生活能源，并可用于发电和供热，然而，高寒条件下多元有机废弃物原料粘度高、难分解、难利用，从而引起发酵周期长、能耗高、生物天然气转化率低的技术瓶颈问题，制约有机废弃物的再利用。

2、因此，有必要提供一种可以解决高木质素废弃物化学预处理环境风险大，发酵液体量大处理成本高，生物天然气转化率低等诸多等问题的处理方法，为解决高寒地区高结晶糖质有机废弃物(如秸秆等)结构顽固、难处理等关键问题提供技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用高木质素废弃物生产沼气的方法，解决高寒地区高结晶糖质有机废弃物(如秸秆等)结构顽固、难处理的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种利用高木质素废弃物生产沼气的方法，包括如下步骤：

4、(1)将高木质素废弃物膨化，得到膨化高木质素废弃物；

5、(2)将步骤(1)得到的膨化高木质素废弃物用糖化菌进行生物糖化，得到糖化膨化高木质素废弃物；

6、(3)将步骤(1)得到的膨化高木质素废弃物与厌氧活性污泥和驯化培养基混合后发酵，得到产沼气菌群复合发酵体系；

7、(4)将步骤(1)得到的膨化高木质素废弃物与畜禽粪便和步骤(3)得到的产沼气菌群复合发酵体系混合，进行第ⅰ阶段发酵；第ⅰ阶段发酵结束后，加入步骤(2)得到的糖化膨化高木质素废弃物与畜禽粪便，进行第ⅱ阶段发酵；第ⅱ阶段发酵结束后继续加入步骤(1)得到的膨化高木质素废弃物进行第ⅲ阶段发酵，完成生产沼气的过程。

8、优选的，所述高木质素废弃物包括玉米秸秆、树木修剪枝、树皮、椰壳、竹粉、菌棒和花生壳中的一种或多种。

9、优选的，步骤(1)中所述膨化时的温度为120～140℃；得到的膨化高木质素废弃物的长度为3～5cm，含水量为60～80％。

10、优选的，步骤(2)中所述糖化菌为纤维素糖化菌热纤梭菌(clostridiumthermocellum)fc811，浓度为1×107～1×109cfu/ml；所述膨化高木质素废弃物与糖化菌的添加比例为8～12：0.8～1.2，所述膨化高木质素废弃物的终浓度为5.0～5.2g/l。

11、优选的，步骤(2)中所述生物糖化时的温度为55～60℃，ph为7.0～7.5，时间为6～7d；生物糖化时还加入了酵母粉，所述酵母粉的终浓度为2.0～2.5g/l。

12、优选的，步骤(3)中膨化高木质素废弃物与厌氧活性污泥和驯化培养基混合时的质量体积比为200g～300g：1.0～2.0l：2.0～3.0l。

13、优选的，所述驯化培养基包括：磷酸氢二钾1.20～1.80g/l、氯化铵0.80～1.20g/l、氯化钾0.16～0.24g/l、硫化钠0.30～0.40g/l、氯化镁1.20～1.80g/l、半胱氨酸0.55～0.65g/l、氯化钠0.80～1.20g/l、磷酸二氢钾3.00～4.00g/l、酵母提取物1.60～2.40g/l、碳酸氢钠0.16～0.24g/l、维生素4.00～6.00ml/l、微量元素4.00～6.00ml/l。

14、优选的，步骤(3)中所述发酵的温度为35～37℃，ph为6.8～7.2，时间为16～20d。

15、优选的，步骤(4)中第ⅰ阶段发酵时，膨化高木质素废弃物与畜禽粪便每天混合时的加入质量比为8～12t：60～100t，产沼气菌群复合发酵体系的加入量为膨化高木质素废弃物和畜禽粪便总质量的4～6％；第ⅰ阶段发酵的时间为25～35d；

16、第ⅱ阶段发酵时，糖化膨化高木质素废弃物与畜禽粪便每天的加入质量比为8～12t：60～100t；第ⅱ阶段发酵的时间为40～50d；

17、第ⅲ阶段发酵时，膨化高木质素废弃物每天的加入量为8～12t；第ⅲ阶段发酵的时间为40～50d。

18、优选的，步骤(4)中所述发酵为厌氧发酵，所述厌氧发酵的温度为35～37℃，含固率浓度为10～20％，ph为6.9～7.5。

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

20、本发明将高木质素废弃物通过挤压与摩擦将机械能直接转化为热能，高温高压瞬时喷放，达到了消毒、杀菌、熟化、糖化的质变过程，能够破坏高木质素废弃物表面的蜡质膜、使高木质素废弃物的纤维素、半纤维素与木质素分离，表面积增大，易与微生物接触。

21、本发明将膨化后的高木质素废弃物进行糖化处理，糖化处理有利于高木质素废弃物中还原糖的积累，从而提高沼气的产气速度和增加产气量。本发明还构建了产沼气菌群复合发酵体系，该发酵体系中产甲烷菌群的活性较高，高木质素废弃物转化速度快速，有利于提高沼气的转化率。

22、本发明是在没有采取任何化学预处理方法下进行的，可避免化学药剂在预处理过程的投入，具有环境和经济优势，能够解决高木质素废弃物化学预处理环境风险大的问题。

技术特征：

1.一种利用高木质素废弃物生产沼气的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高木质素废弃物包括玉米秸秆、树木修剪枝、树皮、椰壳、竹粉、菌棒和花生壳中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述膨化时的温度为120～140℃；得到的膨化高木质素废弃物的长度为3～5cm，含水量为60～80％。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述糖化菌为纤维素糖化菌热纤梭菌(clostridium thermocellum)fc811，浓度为1×107～1×109cfu/ml；所述膨化高木质素废弃物与糖化菌的添加比例为8～12：0.8～1.2，所述膨化高木质素废弃物的终浓度为5.0～5.2g/l。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述生物糖化时的温度为55～60℃，ph为7.0～7.5，时间为6～7d；生物糖化时还加入了酵母粉，所述酵母粉的终浓度为2.0～2.5g/l。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中膨化高木质素废弃物与厌氧活性污泥和驯化培养基混合时的质量体积比为200～300g：1.0～2.0l：2.0～3.0l。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述驯化培养基包括：磷酸氢二钾1.20～1.80g/l、氯化铵0.80～1.20g/l、氯化钾0.16～0.24g/l、硫化钠0.30～0.40g/l、氯化镁1.20～1.80g/l、半胱氨酸0.55～0.65g/l、氯化钠0.80～1.20g/l、磷酸二氢钾3.00～4.00g/l、酵母提取物1.60～2.40g/l、碳酸氢钠0.16～0.24g/l、维生素4.00～6.00ml/l、微量元素4.00～6.00ml/l。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述发酵的温度为35～37℃，ph为6.8～7.2，时间为16～20d。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(4)中第ⅰ阶段发酵时，膨化高木质素废弃物与畜禽粪便每天混合时的加入质量比为8～12t：60～100t，产沼气菌群复合发酵体系的加入量为膨化高木质素废弃物和畜禽粪便总质量的4～6％；第ⅰ阶段发酵的时间为25～35d；

10.如权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述发酵为厌氧发酵，所述厌氧发酵的温度为35～37℃，含固率浓度为10～20％，ph为6.9～7.5。

技术总结
本发明提供了一种利用高木质素废弃物生产沼气的方法，属于生物能源技术领域。所述方法包括如下步骤：将膨化高木质素废弃物与畜禽粪便和产沼气菌群复合发酵体系混合，进行第Ⅰ阶段发酵；第Ⅰ阶段发酵结束后，加入糖化膨化高木质素废弃物与畜禽粪便，进行第Ⅱ阶段发酵；第Ⅱ阶段发酵结束后继续加入膨化高木质素废弃物进行第Ⅲ阶段发酵，完成生产沼气的过程。本发明是在没有采取任何化学预处理方法下进行的，可避免化学药剂在预处理过程的投入，具有环境和经济优势，能够解决高木质素废弃物化学预处理环境风险大的问题。

技术研发人员：徐诚蛟,李春艳,臧海莲,石洪影,宋锦东,孙秋君
受保护的技术使用者：黑龙江博能绿色能源科技集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26