[发明专利]一种酒精木薯渣与秸秆耦合发酵生产沼气的方法

说明书

技术领域

本发明属于秸秆发酵技术领域，具体涉及一种木薯酒精渣与秸秆耦合发酵生产沼气的方法。

背景技术

在我国南方和沿海地区，木薯乙醇作为能源战略的重要一环，生产规模日益扩大，每年产生的副产物木薯酒精渣达到数百万吨，木薯酒精残渣的营养价值较低，仅含16.3%粗蛋白、2.8%粗脂肪、灰分10%、23.5%纤维素，且在存放过程中容易酸化(pH值3.5~4.0)变质，产生的腐败气味污染厂区及周边大气环境，因此木薯酒精渣的处理和应用成了木薯燃料乙醇厂亟需解决的问题。虽然目前木薯酒精渣在生产饲料、培养真菌、生产植酸酶、以及厌氧发酵生产沼气等应用领域取得了一定的成果，但是单纯的木薯酒精渣生产沼气效率较低，体系受接种率和含固率限制，甲烷产率较低。付善飞等（付善飞等,酒糟沼气化利用的基础研发[J],化工学报,2014,65(5):1913-1919)以酱香型白酒酒糟、木薯燃料乙醇酒糟、玉米燃料乙醇酒糟、浓香型白酒酒糟四种酒糟为原料，研究其厌氧发酵产生沼气的潜力，结果表明：木薯燃料乙醇酒糟的沼气产量最低，产气量为122.3ml·g⁻¹（以VS计）；甲烷体积分数在60~70%之间；降解周期为28天，是上述四种酒槽原料中最难降解的。

农业生态系统是自然生态系统的重要组成部分，也是重要的大气碳源，与人类的关系最密切。伴随着国际能源紧缺和环境污染的日趋严重，将农业生产过程中产生的大量农作物秸秆进行资源化利用产甲烷，是近年来国内外学者研究生物质固废处理的热点之一，也是中国目前大力倡导发展的技术之一。中国是传统的农业生产大国，各类农作物秸秆资源丰富、分布广泛。据不完全统计，仅2015和2016年中国的农作物秸秆产量分别达到8.5和7.9亿吨。目前，中国大部分地区对农作物秸秆常见的处理方式为：直接还田、随意堆弃、就地焚烧、或与畜禽粪便沤肥等。但无论是直接还田，还是随意堆弃、就地焚烧，这些不合理的做法不仅造成土壤板结、肥力下降、微生态环境遭到破坏、出苗率低，还会影响道路通行、环境美观、造成生物质能源及热量资源的浪费和大气环境的污染。

利用秸秆厌氧消化产甲烷，虽然目前在国内外已取得众多的研究成果，但大多数仅限于实验室规模，中试及大规模应用还存在很多问题：秸秆厌氧转化率低、秸秆表层的蜡质阻碍微生物附着；木质素很难被微生物消化利用；碳氮比失调，微生物代谢必需的微量元素缺乏，营养不均衡导致秸秆产气效率低；沿用传统厌氧消化装置无法克服秸秆上浮、结壳的问题等。这些都是秸秆厌氧消化过程中出现的一系列技术性难题，如何解决这些问题是秸秆厌氧消化技术推广并稳定运行的关键。

在中国，目前秸秆沼气系统科学研究发展较国外相对缓慢，工程上多采用以秸秆为主、添加畜禽粪便为辅的产气方式；农村地区以秸秆为原料生产沼气的户用沼气池数量锐减，更加抑制了秸秆作为沼气工程原料的研究，转向畜禽粪便的深入研究、利用。随着国家经济的快速发展和社会布局的调整、优化，以点存在的养殖场粪污沼气工程会出现消化原料短缺的问题；而农作物秸秆作为优良的消化原料，以其含碳量高、含硫量低，甲烷产量高，将是规模化发展的方向，未来亟需合理利用。

秸秆两相法沼气生产过程中，产酸相和产甲烷相作为两个独立单元分开进行，各自形成产酸微生物和产甲烷微生物的最佳生态条件，避免传统的单相生产工艺中微生物之间和代谢产物对微生物的抑制作用，从而发挥系统的最大优势。但是，秸秆中纤维素、半纤维素和木质素相互缠绕，构成致密的空间结构，不易被微生物及酶直接利用，在产沼气之前要进行预处理。在实际工程应用推广中存在很多问题：能耗高、处理成本高、产生废液易造成二次污染、设备要求高（耐高压、防腐蚀等）。为降低预处理成本及能耗，目前中国现有示范工程中秸秆的预处理多采用青贮或沼液浸泡的常规预处理方法。其中青贮对秸秆收割时间有严格要求；且2种预处理方法占地面积较大，预处理时间长，无法很好的满足大规模秸秆沼气系统。