[发明专利]一种利用瘤胃微生物厌氧发酵产甲烷的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质废弃物前处理技术领域，涉及一种利用瘤胃微生物厌氧发酵产甲烷的方法。

背景技术

本发明所指的生物质废弃物主要指农业秸秆、有机生活垃圾、水生植物等，其中农业秸秆包括玉米、小麦、高粱、水稻、薯类等植物的杆茎，我国各种农作物秸秆的年产量就在10亿吨以上，现有的处理办法大都是就地焚烧，不仅造成空气严重污染，也浪费了宝贵的资源。沼液作为厌氧发酵的终产物之一具有氮素含量丰富等特点，但普通的方法很难处理。从环境保护的角度出发，如何使生物质废弃物与沼液减量化、资源化是当今十分热门的课题。

甲烷作为一种重要的能源，是天然气的主要成分，在能源、石油化工、交通运输和人们的日常生活等许多领域都有广泛的应用。甲烷的热值很高，约55900kJ/kg，每公斤甲烷的热值是93#汽油和柴油热值的5.1倍，是标准煤的8倍。

对于生物质废弃物，已有的前处理技术包括物理法、化学法与生物法三种。物理法有气爆法、微波法、超声波法等。化学法有氨化法、酸碱水解法等，氨化法是利用液氨、尿素等进行氨化处理。物理法由于设备昂贵，能耗高，而化学法需另外投加药剂，成本较高，易造成废气废水二次污染，限制了其在大规模生产中的应用。生物技术方法处理生物质废弃物由于成本较低、环境友好而受到重视。英国杂志《废物处理》（Waste Management）2006年第26卷第11期报道了利用瘤胃微生物厌氧降解香蒲废弃物的方法。该方法先将秸秆粉碎，然后间歇接入到接种瘤胃微生物的厌氧发酵反应器中使生物质废弃物降解，其主要产物为挥发性有机酸和二氧化碳，其中未见有制备甲烷气体的报道。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种生物质废弃物首先利用沼液前处理，提高其降解性能，再利用经过驯化的瘤胃微生物来提高其甲烷产气率的方法。

本发明的技术方案如下：

一种利用瘤胃微生物厌氧发酵产甲烷的方法，先对生物质废弃物进行前处理，得到处理后的生物质废弃物；然后，利用瘤胃微生物将前处理后的生物质废弃物厌氧水解转化。

生物质废弃物进行前处理，可以采用沼液处理的方式，具体如下：

（1）生物质破碎：将生物质如农业秸秆、有机生活垃圾、水生植物等粉碎，粉碎粒径范围为1-30mm。

（2）将氨氮含量为500-5000mg/L的沼液喷洒在粉碎后的生物质废弃物表面，沼液喷洒重量为生物质废弃物干重的35-150%，前处理含固率为40-75%，搅拌均匀后放置于相对密闭的容器中进行氨化处理。

（3）前处理过程温度为15-40℃，前处理时间为3-10天，则生物质废弃物前处理过程完成，作为厌氧发酵用原料。

利用瘤胃微生物将生物质废弃物厌氧水解转化的过程中有：

（1）从反刍动物瘤胃内取出瘤胃液，接种到盛有反应底物（生物质废弃物和缓冲溶液）的厌氧发酵反应器中；

（2）厌氧发酵反应器运行，分别收集产生的沼气，液相和固相产物；所述的瘤胃液是混合微生物菌群，且首先须接种到厌氧发酵反应器中进行培养驯化，再进入厌氧发酵运行阶段；反应器内生物质底物浓度为10-100g/L，pH为6.0-7.0，温度为30-45℃，搅拌速率为50-150转/分钟，瘤胃液接种量为厌氧发酵反应器有效容积的10-50%，接种1-10天后进入连续培养驯化与运行阶段；培养驯化阶段反应器含固率为1-5%，水力停留时间为10-25天，连续3-10天产生气体成分中甲烷含量维持在60%以上、氢气含量小于2%，且液相产物中挥发性有机酸浓度维持在较低水平（300mg/L以下）时，瘤胃微生物驯化成熟；厌氧发酵运行阶段反应器含固率最终达到5-10%，水力停留时间为6-20天。

其中所述缓冲液的组成为NaHCO₃5.88g/L,Na₂HPO₄2.22g/L,NaCl0.282g/L,KCl0.342g/L,MgCl₂·6H₂O0.0768g/L,CaCl₂·2H₂O0.0318g/L,尿素0.5g/L。