[发明专利]一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法

说明书

技术领域

本发明涉可再生能源领域，具体涉及一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法。

背景技术

我国是世界第二大能源生产国与消费国，随着经济的不断快速发展，能源生产已经无法满足能源消费的快速增长，石油对外依存度逐年增加，能源短缺矛盾比较突出，同时，我国环境保护压力日益增大。可再生能源因其优质、清洁的特点，成为国家节能减排任务中重点发展的能源种类，我国已经于2007年制定了《可再生能源中长期发展规划》，明确2020年可再生能源在我国能源消费结构中要达到20%的比例。沼气是我国可再生能源的重要组成部分，但目前沼气工程主要用来处理畜禽养殖粪污和工业有机废水，原料结构单一，受原料收集条件限制，沼气不能实现工业化规模化生产。而能源植物是一种专门种植，生长旺盛、光合作用能力强、碳氢化合物含量高的能提供生物能源的植物，一般以禾本科草类植物为主，通过能源草厌氧发酵产生沼气是一种生产可再生能源的十分有前景的途径。

能源植物中半纤维素和木质素坚固地镶嵌在纤维素中，形成结晶化和木质化，阻碍了厌氧发酵过程中酶对纤维素类物质的降解速度，因此，通过能源草厌氧发酵制备沼气的关键是破坏纤维的结构、降解木质素，提高能源产出效率。这一问题目前已有一定研究，刘斌等公开了一种利用能源草湿干联合发酵制备沼气和生产有机肥的方法（CN103060388A），孙永明等公开了一种提高能源草制备生物燃气效率的两相反应方法（CN102321674A），吕学斌等公开了农作物秸秆青贮及青贮秸秆高效生产沼气的方法（CN102719484A），在吕学斌的研究中，是通过在刚收获的秸秆中添加一定量的添加剂进行青贮，并将青贮后的秸秆通过两步处理将其中大部分的有机质转移到液相，然后液体进行厌氧发酵产沼气，但其使用的是化学添加剂，而且固液分离步骤较为繁琐，需要化学催化剂，还需考虑成本问题。目前已有的这些方法核心都是破坏木质纤维本身的结构以提高能源草的利用效率，但是目前的处理方法都局限于物理法和化学法，物理法对“木质素-碳水化合物联合体”结构破坏存在局限性，而化学法处理既增加转化成本又会造成二次污染，而且物理法和化学法都步骤复杂，技术水平要求高，适合小规模生产，不容易实现工业化规模化生产。采用能源草生产沼气，既要保护坏境，防止二次污染，又需要工业化规模化生产才能最大限度降低成本，才能和其他能源（化石能源、生物酒精、生物柴油等）相竞争。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种提高能源草厌氧发酵产气量的方法，目的在于提供一种采用生物法，即使用青贮添加剂，对能源草进行青贮预处理，改变纤维结构，从而提高能源草厌氧发酵产气量的方法。

本发明的提高能源草厌氧发酵产气量的方法，包括以下步骤：

（1）能源草青贮预处理：将能源草原料粉碎为1-5cm长，晾晒至含水量为40-70%，添加乳酸菌或纤维素酶、或二者同时添加，混合均匀后装入专用青贮袋抽真空密封，常温发酵15-45天得到能源草青贮原料；

（2）利用能源草青贮产生甲烷：将能源草青贮原料粉碎，按1∶10-20的重量比例加入沼液，再加入重量百分比为1.5%-3.5%的碳酸氢铵，混合均匀后装入密封反应器中，37℃中温厌氧发酵15-45天产生甲烷。

所述乳酸菌添加浓度为0.5-3.0×10⁵cfu/g。

所述纤维素酶添加浓度为0.01-0.05g/t鲜重。

所述能源草选自柳枝稷、虉草、芒草、王草、芦竹、杂交狼尾草、象草、大米草中的一种或几种。

优选地，所述乳酸菌添加浓度为1.5-2.5×10⁵cfu/g。

优选地，所述纤维素酶添加比例为0.02-0.03g/t鲜重。

所述沼液来自污水处理厂或畜禽养殖场的沼气池。

沼气池的沼液中含有微生物，可对纤维素物质进行厌氧发酵产生甲烷，这是现有技术已经确定的，本发明提供的技术方案，是利用青贮过程中添加乳酸菌或纤维素酶，或二者同时添加，改变纤维结构、增加青贮原料中可发酵干物质总量，显著提高能源草厌氧发酵产生甲烷的效率。其中，乳酸菌的作用是扩大青贮原料中乳酸菌群体，有效抑制有害微生物的繁殖，加速发酵进程，有利于青贮原料的贮存和降低能源草保存过程中营养物质的损失；纤维素酶的作用是破坏纤维素类物质的结构，降低结晶度，脱去木质素，增强了微生物与纤维素的有效接触，增加了可发酵干物质的总量，从而显著提高能源草的厌氧发酵产气量。

本发明的提高能源草厌氧发酵产气量的方法的有益效果如下：