[发明专利]木质纤维素水解液制备沼气的方法

说明书

一种木质纤维素水解液制备沼气的方法，它包括如下步骤：产酸：在带搅拌的反应瓶中加入木质纤维素水解液，然后按照一定的比例加入接种物二沉池污泥，并加入活性炭，搅拌均匀后密闭置于水浴加热装置，反应器瓶塞上连接有气袋，用于平衡反应装置的压力；每天定时搅拌，3天后结束产酸反应阶段，得到富含有机酸的发酵液；产甲烷：a:厌氧颗粒污泥驯化；b:将所得产酸发酵液取出后采用离心的方式固液分离，经稀释至合适的负荷并调节pH后进入产甲烷反应器中；通过控制入水负荷从而达到调节系统负荷的目的，使得产甲烷过程正常进行；剩余污泥可作为接种物继续用于后续的水解液产酸反应；产甲烷反应器出水用于调节进入UASB的物料的负荷，返回调节罐循环利用。

技术领域

本发明涉及一种沼气的制备方法，具体涉及一种木质纤维素水解液制备沼气的方法。

背景技术

随着传统化石能源紧缺及环境污染日益加重，使得对清洁燃料的需求越来越大。沼气作为一种可再生能源，对于能源和环境两方面都具有重要的经济和社会效益。沼气技术的开发不仅可处理如畜禽粪便、秸秆、餐厨垃圾及有机废水等有机废弃物，还能作为生物燃气供居民日常生活使用，经净化提纯后进一步提升产品的附加值，获得可作为民用或车用的高品质生物天然气。

水解液是指由含有纤维素、半纤维素和木质素的木质纤维素类原料经过预处理（工业化生产中多采用稀酸水解）后得到的水解产物，主要成分为葡萄糖、果糖、木糖及阿拉伯糖等，目前多被生化转化为乙醇、丁醇、微生物油脂等高附加值的产品。专利200610016640.7中描述了一种玉米秸秆水解液生产燃料乙醇的方法，专利201710003097.5介绍了木质纤维素水解液制备乙醇、丁醇的方法。

由于水解液中主要由五碳糖和六碳糖组成，其可降解利用性能好，在厌氧发酵工艺中会迅速转化为挥发性有机酸，挥发性有机酸（VFAs）是甲烷生产的主要中间体，但有机酸通常在1-3天内快速产生，导致ph值下降，因此会对产甲烷过程造成严重的影响，从而存在负荷不宜过高，微生物驯化的问题，同时，在酸和热结合条件下得到的水解液中含有糠醛等副产物，该物质会对微生物活性产生影响。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种以木质纤维素水解液为原料采用两相厌氧发酵工艺产沼气的方法，以提高系统有机负荷、产气稳定性及产沼气能力，实现该类型原料的能源化转化。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种木质纤维素水解液制备沼气的方法，其特征是它包括如下步骤：

(1)产酸：在带搅拌的反应瓶中加入木质纤维素水解液，然后按照一定的比例加入接种物，并加入30 mg/L活性炭，搅拌均匀后密闭置于38℃的水浴加热装置，反应器瓶塞上连接有气袋，用于平衡反应装置的压力。每天定时搅拌，测定发酵液中有机酸的浓度及溶解性COD，3天后结束产酸反应阶段，得到富含有机酸的发酵液。

水解液取自山东龙力生物科技股份有限公司，主要成分为葡萄糖(3.13 g/L)，木糖(9.87 g/L)，阿拉伯糖(2.51 g/L)，低聚木糖(3.72 g/L)，糠醛(1.9 g/L)。

接种物为二沉池污泥，取自博兴洁源环保有限公司。

(2)产甲烷：

a:厌氧颗粒污泥驯化：

为更好的提高颗粒污泥对有机酸的利用能力，采用配制的乙酸溶液对污泥进行驯化，具体条件为将厌氧颗粒污泥置于升流式厌氧污泥床（UASB）中，采用水浴夹套加热至38℃，乙酸溶液连续进入UASB中，水力停留时间（HRT）为1天，其中乙酸溶液配方为：碳源为乙酸钠（COD为2 g /L），氮、磷分别以NaNO₃和KH₂PO4的形式提供,满足COD:N:P=200:5:1，其他微量元素配方如下表所示。