CN101509016B - 柑橘皮渣等农产品废弃物两相发酵产生物质能的方法 - Google Patents

柑橘皮渣等农产品废弃物两相发酵产生物质能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及柑橘皮渣等农产品废弃物两相发酵产生物质能的方法，将柑橘皮渣等纤维素类农作物固体废弃物的好氧预处理、两相厌氧发酵，以柑橘皮渣等类纤维素混合物为原料，筛选出合适的柑橘皮渣类纤维素分解菌进行预处理，然后以一定的投料浓度(6-8％的浓度投料)，进行厌氧半连续发酵，产生甲烷含量纯度可达65％以上。本发明利用柑橘皮渣农业废弃物混合物进行好氧预处理、厌氧发酵，能够有效处理大量的柑橘皮渣类废物，降低环境污染，获得有机肥，沼气等生物质能源，实现了柑橘皮渣类废弃物的循环利用，实现变废为宝，具有积极的环保意义和较好的经济效益。

Description

柑橘皮渣等农产品废弃物两相发酵产生物质能的方法
技术领域
本发明涉及一种对柑橘皮渣废弃物的处理方法，是一种以有益霉菌、白腐真菌进行好氧处理、以产甲烷微生物厌氧处理上述原料产沼气等生物质能的方法。
背景技术
目前在我国对柑橘皮渣废弃物的回收再利用有较广泛的研究，但大多存在处理规模有限、分解转化率较低和设备投入过大而产出不足等问题，造成在具体应用中难以推广的局面。以柑橘皮渣处理为例，柑橘果汁生产商对加工产生的鲜皮渣或经榨取柑橘精油后的皮渣主要采取填埋的方式。随着填埋场的使用和填埋物的增加，柑橘皮渣填埋物的渗滤液会使填埋场周围土壤逐渐酸化，并使酸化土壤的面积不断扩大。同时，柑橘皮渣在我国还存在另外两种资源化利用途径：一是生产蛋白饲料，一是制作有机肥料。然而，由于技术的制约，以及适口性问题，现阶段仅有添加少量柑橘渣饲养禽、畜的试验报道。此外，因柑橘皮渣含水量大、堆肥成本高，且在堆肥过程中极易对周围环境造成再次污染，故在其有机肥料的转化利用方面也步履维艰。可见，仅有以上途径，难以大规模、及时有效地处理日产生量以万吨计的柑橘皮渣。因此，很有必要寻找新的处理方法，以解决日益加重的环境负担。
发明内容
本发明人根据翔实的试验研究，提出一种能更有效处理柑橘皮渣等纤维类农产品废弃物并产生沼气生物质能的方法。
本发明所采用的技术方案以柑橘皮渣为主要原料，所述方法按以下步骤进行：
(1)白腐真菌筛选：培养基：加富培养基；营养盐溶液：10g/L硫酸铵，0.5g/L硫酸钙、0.5g/L Ca3(PO4)2的混合溶液。PDA培养基；豆芽汁蔗糖琼脂培养基。首先用豆芽汁蔗糖琼脂培养基对杂菌进行初步筛选出所需白腐真菌，然后在PDA培养基上用稀释平板法纯化后再接种到加富营养基上培养观察菌落形态。菌落形态：菌丝密集强壮，分布均匀，开始呈乳白色，生长迅速，透明，生长后期有黄色粘液菌。菌株接到柑桔皮渣上于25℃恒温培养6天，观察生长状态。生长状态：菌丝状分布均匀，呈纯乳白色，即为合格菌，
白腐真菌筛选自环境潮湿的猪粪、树叶、木屑等腐烂的堆积土。
(2)以含水量60％的柑橘皮渣等纤维类农产品废弃物为主要原料，先接种3％(菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的白腐真菌于25℃中恒温培养分解7-10天(好养分解时间5-30天均可以，但以7-10最佳)；
(3)然后再接种3％(黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的黑曲霉于23℃中恒温，好氧分解10-20天；
(4)利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥(将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，即复合菌种驯化)：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5的比例，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1的比例；使用酸碱稀溶液调节pH使维持在7.0左右，所述酸碱稀溶液是浓度5％-10％的盐酸或者0.5％-1％的硫酸溶液，浓度5％-10％的氢氧化钠或者25％-50％的碳酸氢钠溶液；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内。在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。
(5)将第(2)和(3)步预处理后的好氧分解物添加5-10％(以预处理后的柑橘皮渣为基础，人畜便粪干重与好养分解物加上人畜便粪的湿重总重之比g∶g)的人畜禽粪便，以原料占有效反应容积的百分比6-8％(好养分解物加人畜便粪的干重与好养分解物加人畜便粪加水的所有物质湿重总重之比g∶g)的浓度投料进行厌氧发酵；并接种2％(陈旧污泥干重与好养分解物加人畜便粪加陈旧污泥加水的所有物质湿重之比g∶g)经柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥(4)采用两相厌氧发酵，发酵温度维持在20-35℃，发酵30天。在发酵后期采用集气装置收集沼气生物质能源。随着发酵的进行，沼气将源源不断地产生。
此技术方案可以利用组合菌株的预处理天数进行秸秆或柑橘皮渣适当分解。白腐真菌处理的间隔分别为5天、10天、15天、20天、30天，再接入黑曲霉处理20天，所以本发明非常有助于大规模的柑橘皮渣废弃物回收和资源化再利用。
本发明以白腐真菌对柑橘皮渣废弃物好氧分解，之后再进行液态半连续厌氧发酵处理好氧分解物，发酵后期将连续产生沼气生物质能。该方法能有效地解决直接用柑橘皮渣进行发酵时由于原料化学复合程度高较稳定和pH过低而导致不能产气的问题，不仅能够有效处理大批量柑橘皮渣，而且还能回收一定的生物质能源，以及获得优质的沼液、沼渣有机肥。
附图说明
图1是筛选出的合格白腐真菌在柑橘皮渣上的生长状态(菌丝纯白色覆盖柑橘皮渣)。
具体实施方式
通过借助以下实施例将更详细说明本发明。以下实施例仅是说明性的，应该明白，本发明并不受这些实施例的限制。
实施例1：
首先进行白腐真菌筛选：培养基：加富培养基；营养盐溶液：10g/L硫酸铵，0.5g/L硫酸钙、0.5g/L Ca3(PO4)2的混合溶液。PDA培养基；豆芽汁蔗糖琼脂培养基。首先用豆芽汁蔗糖琼脂培养基对筛选前的细菌、真菌、放线菌等不需要的杂菌，进行初步筛选出所需白腐真菌，然后在PDA培养基上用稀释平板法纯化后再接种到加富营养基上培养观察菌落形态。菌落形态：菌丝密集强壮，分布均匀，开始呈乳白色，生长迅速，透明，生长后期有黄色粘液菌。菌株接到柑桔皮渣上于25℃恒温培养6天，观察生长状态。生长状态：菌丝状分布均匀，呈纯乳白色，即为合格菌，参见图1。
然后以含水量60％的柑橘皮渣为主要原料，先准确接种3％(白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的白腐真菌于1.631kg鲜柑橘皮渣25℃中恒温培养分解5天(在柑橘皮渣中添加5g麸皮以调节C/N比)，然后再接种3％(黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤，25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种(利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，即复合菌种驯化：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用10％的盐酸和10％的氢氧化钠调节pH使维持在7.0左右；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内。在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。)0.324kg，加自来水1.58L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d。结果示于表1。
表1
Figure G2009101034273D00031
实施例2
首先进行白腐真菌筛选，方法同实施例1。然后以含水量60％的柑橘皮渣为主要原料，先准确接种3％(白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的白腐真菌于1.646kg鲜柑橘皮渣25℃中恒温培养分解10天(在柑橘皮渣中添加5g麸皮以调节C/N比)，然后再接种3％(黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤，25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种(利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，即复合菌种驯化：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用5％盐酸和5％氢氧化钠调节pH使维持在7.0左右；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内。在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。)0.357kg，加自来水1.61L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d。结果示于表2。
表2
Figure G2009101034273D00041
实施例3
首先进行白腐真菌筛选，方法同实施例1。然后以含水量60％的柑橘皮渣为主要原料，先准确接种3％(白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的白腐真菌于1.723kg鲜柑橘皮渣25℃中恒温培养分解15天(在柑橘皮渣中添加5g麸皮以调节C/N比)，然后再接种3％(黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤，25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种(利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，即复合菌种驯化：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用0.5％硫酸溶液和50％的碳酸氢钠溶液调节pH使维持在7.0左右；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内。在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。)0.364kg，加自来水1.563L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d。。结果示于表3。
表3
Figure G2009101034273D00051
实施例4
首先进行白腐真菌筛选，方法通实施例1。然后以含水量60％的柑橘皮渣为主要原料，先准确接种3％(白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的白腐真菌于1.833kg鲜柑橘皮渣25℃中恒温培养分解20天(在柑橘皮渣中添加5g麸皮以调节C/N比)，然后再接种3％(黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤，25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种(利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，即复合菌种驯化：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用10％的盐酸和10％的氢氧化钠调节pH使维持在7.0左右；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内。在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。)0.412kg，加自来水1.67L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d。结果示于表4。
表4
Figure G2009101034273D00052
实施例5
首先进行白腐真菌筛选，方法同实施例1。然后以含水量60％的柑橘皮渣为主要原料，先接种3％(白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的白腐真菌于1.721kg鲜柑橘皮渣25℃中恒温培养分解30天(在柑橘皮渣中添加5g麸皮以调节C/N比)，然后再接种3％(黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g)的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤，25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种(利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，即复合菌种驯化：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用10％的盐酸和10％的氢氧化钠调节pH使维持在7.0左右；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内。在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。)0.357kg，加自来水1.579L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d。。结果示于表5。
表5
Figure G2009101034273D00061

Claims (5)

1.以柑橘皮渣为原料两相发酵产生沼气生物质能的方法，所述方法按以下步骤进行：以含水量60％的柑橘皮渣为原料，先按白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g准确接种3％的白腐真菌于1.631kg鲜柑橘皮渣，在25℃中恒温培养分解5天，然后再按黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g接种3％的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤；25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种0.324kg，加自来水1.58L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d；
所述复合菌种是利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，复合菌种驯化过程如下：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用10％的盐酸和10％的氢氧化钠调节pH使维持在7.0；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内，在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。
2.以柑橘皮渣为原料两相发酵产生沼气生物质能的方法，所述方法按以下步骤进行：以含水量60％的柑橘皮渣为原料，先按白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g准确接种3％的白腐真菌于1.646kg鲜柑橘皮渣，在25℃中恒温培养分解10天，然后再按黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g接种3％的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤；25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种0.357kg，加自来水1.61L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d；
所述复合菌种是利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，复合菌种驯化过程如下：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用10％的盐酸和10％的氢氧化钠调节pH使维持在7.0；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内，在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。
3.以柑橘皮渣为原料两相发酵产生沼气生物质能的方法，所述方法按以下步骤进行：以含水量60％的柑橘皮渣为原料，先按白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g准确接种3％的白腐真菌于1.723kg鲜柑橘皮渣，在25℃中恒温培养分解15天，然后再按黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g接种3％的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤；25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种0.364kg，加自来水1.563L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d；
所述复合菌种是利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，复合菌种驯化过程如下：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用10％的盐酸和10％的氢氧化钠调节pH使维持在7.0；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内，在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。
4.以柑橘皮渣为原料两相发酵产生沼气生物质能的方法，所述方法按以下步骤进行：以含水量60％的柑橘皮渣为原料，先按白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g准确接种3％的白腐真菌于1.833kg鲜柑橘皮渣，在25℃中恒温培养分解20天，然后再按黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g接种3％的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤；25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种0.412kg，加自来水1.67L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d；
所述复合菌种是利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，复合菌种驯化过程如下：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用10％的盐酸和10％的氢氧化钠调节pH使维持在7.0；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内，在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。
5.以柑橘皮渣为原料两相发酵产生沼气生物质能的方法，所述方法按以下步骤进行：以含水量60％的柑橘皮渣为原料，先按白腐真菌菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g准确接种3％的白腐真菌于1.721kg鲜柑橘皮渣，在25℃中恒温培养分解30天，然后再按黑曲霉菌悬液重与柑橘皮渣总重之比g∶g接种3％的黑曲霉于23℃中恒温，继续好氧分解20天，不堆沤；25天后将预处理过的柑橘皮渣置于5L的发酵罐中，添加复合菌种0.357kg，加自来水1.579L，在平均温度为20℃的条件下发酵30d；
所述复合菌种是利用柑橘皮渣浸出液浸泡驯化的沼气池陈旧污泥，即将陈旧污泥浸泡在柑橘皮渣的浸出液里，复合菌种驯化过程如下：投入最佳的微量元素组合Fe3+∶Ni2+∶木炭为2∶1∶5，以尿素调节C/N，使COD∶N∶P＝200∶5∶1；使用10％的盐酸和10％的氢氧化钠调节pH使维持在7.0；保持密封，维持氧化还原电位在-150～-400mv的范围内，在常温下，整个过程每隔3天测pH值，以刻度不再上升时为驯化结束。
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杨玉楠等.利用白腐菌生物预处理强化秸秆发酵产甲烷研究.《农业环境科学学报》.2007,第26卷(第05期), *

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2682470A1 (de) * 2012-07-05 2014-01-08 IS Forschungsgesellschaft mbH Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus Verarbeitungsrückständen von Früchten oder Rüben oder Knollen oder aus unverarbeiteten Früchten oder Rüben oder Knollen als zu vergärendes Ausgangssubstrat in einem Biogasreaktor

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