CN102296091B - 植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法 - Google Patents

植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法，在啤酒厂厌氧污泥中加入白腐菌后配置基础发酵污泥，在常温下发酵8小时；将基础发酵污泥、秸秆、制革污泥和水混合形成发酵底物；将发酵底物混合均匀后装入间歇式厌氧发酵装置，在常温下进行厌氧干式发酵，最后利用排水集气的方法收集生物气。

Description

植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法
技术领域
本发明涉及一种生物质能源的开发技术，特别涉及一种植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法。
背景技术
我国作为一个农业大国，随着粮食产量的增加农作物秸秆年产量逐年上升，目前我国每年秸秆产量大约有7亿多吨。传统上，人们对大量的剩余秸秆往往进行直接焚烧或者随意堆放处理，因而造成大气污染、火灾事故、堵塞交通等大量的社会、经济和生态问题。随着科技的不断发展，人们对新能源的开发越来越重视，秸秆中潜在的生物质能源得到人们的广泛关注。
农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。秸秆干式厌氧发酵是以生物质秸秆作为原料(总固体含量在20%以上)，利用厌氧微生物将其分解产生生物气（主要成分为CH4和CO2等气体）的清洁发酵工艺。在干式厌氧发酵中，生物质秸秆中的纤维素、半纤维素等成分经预处理后生物降解率明显提高、发酵过程中生物气的产气量增大并且发酵后的残渣可直接用于农田或生产饲料，实现了生物质秸秆的清洁化生产。
秸秆厌氧发酵制备生物气效率低下的主要因素有以下三点：其一，半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间，而木质素具有网状结构，作为支撑骨架包围并加固纤维素和半纤维素，而木质素是一种难以厌氧降解的芳香族高分子化合物，最终导致厌氧发酵的效率很低；其二，由于木质素及其衍生物对厌氧微生物具有抑制作用，秸秆木质素含量高达15%，厌氧发酵会受到比较严重的抑制，导致厌氧发酵效率低下；其三，厌氧发酵的BOD:N:P在100:3.5:0.1之间，而秸秆是主要含碳的物质，N的缺乏导致厌氧微生物的细胞转化率不高，导致厌氧发酵效率很低，单独厌氧发酵时须添加氮源。
另一方面，皮革工业正面临着国际与国内越来越严峻节能减排的要求，巨大的环境压力，使皮革工业面临前所未有的挑战；如果不很好地解决节能减排问题，我国皮革工业将不能生存。制革过程中要产生大量的污水和污泥。据统计在制革过程中，每生产一吨牛皮大约产生40～50m3的污水和150kg的污泥，按此进行计算，我国皮革工业每年向环境排放废水约8000～1000万吨，污泥约30万吨。
前期的研究表明，一般含水的制革污泥含有4.5％的无机物、40.0％的水和55.5％的有机化合物(其中20.2％为油脂)，其中的硫化物、Cr(Ⅲ)等毒性物质和大量致病细菌会对环境造成严重的污染。彻底干燥后制革污泥有机物的含量高达90%左右，并含有N、P、K等营养元素，是一种有效的生物能源物质。随着全球性生态问题的日益严峻，污泥处理的减量化、无害化和资源化发展趋势已成为普遍的共识和新的研究热点问题。和传统的投海、卫生填埋、焚烧、制备建材等方法相比，利用高效的厌氧发酵技术，充分的利用生物质资源，开发生物质能源，是未来的发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法，充分利用植物秸秆丰富的碳源和制革污泥中丰富的氮源，二者进行混合干式厌氧发酵，将制革污泥加入到秸秆中形成发酵底物，解决了秸秆单独发酵时需添加氮源问题，同时又对制革污泥进行脱氮处理。秸秆作为生物质能源经干式厌氧发酵产生沼气，解决了秸秆随意丢弃造成的生态环境问题，并且实现了秸秆的清洁化生产。
为实现上述目的，本发明还提供了一种植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法，在啤酒厂厌氧污泥中加入白腐菌后，在常温下发酵8小时，得基础发酵污泥；将础发酵污泥、秸秆、制革污泥和水混合形成发酵底物；接着将发酵底物装入发酵装置在常温下进行厌氧干式发酵，最后收集发酵产生的生物气；所述白腐菌选自熊猫粪便和家畜粪便；所述基础发酵污泥的组分按照干重记为：熊猫粪便1～3份，家畜粪便20～50份，啤酒厂厌氧污泥50～70份。
所述发酵装置选用间歇式厌氧发酵装置；
收集生物气时采用排水集气的方法；
所述发酵底物的组分以基础发酵污泥的配制干重作为计量标准，具体为：基础发酵污泥3～8份，秸秆30～50份，制革污泥1～3份、水100～200份。
所述发酵底物中的碳氮比为30：1。
本发明植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法至少具有以下优点：
（1）本发明在啤酒厂厌氧污泥中加入白腐菌配置基础发酵污泥，利用白腐菌降解纤维素菌种处理生物质秸秆，提高秸秆纤维素的降解率，解决了传统厌氧发酵中秸秆纤维素降解不完全问题，啤酒厂厌氧污泥中的厌氧微生物菌群可提高厌氧污泥的活性，有利于干式厌氧发酵反应的进行；
（2）本发明充分利用植物秸秆丰富的碳源和制革污泥中丰富的氮源，二者进行混合干式厌氧发酵，将制革污泥加入到秸秆中形成发酵底物，解决了秸秆单独发酵时需添加氮源问题，同时又对制革污泥进行脱氮处理。
（3）秸秆作为生物质能源经干式厌氧发酵产生沼气，解决了秸秆随意丢弃造成的生态环境问题，并且实现了秸秆的清洁化生产。
具体实施方式
本发明采用间歇式厌氧发酵装置，首先在啤酒厂厌氧污泥中加入白腐菌培养形成基础发酵污泥，然后将含有丰富碳源的植物秸秆和丰富氮源的制革污泥混合形成碳氮比为30：1左右的发酵底物，发酵底物加入到基础发酵污泥中进行干式厌氧发酵。
本发明的技术特征集中在以下几点：其一，在啤酒厂厌氧污泥中加入白腐菌配置基础发酵污泥，利用白腐菌降解纤维素菌种处理生物质秸秆，提高秸秆纤维素的降解率，解决了传统厌氧发酵中秸秆纤维素降解不完全问题，啤酒厂厌氧污泥中的厌氧微生物菌群可提高厌氧污泥的活性，有利于干式厌氧发酵反应的进行，所述白腐菌主要来自于熊猫粪便和家畜粪便；其二，生物质秸秆中含有丰富的碳源，单独发酵时需额外添加氮调节碳氮比，制革污泥中含有丰富的氮源，将制革污泥加入到秸秆中形成发酵底物，解决了秸秆单独发酵时需添加氮源问题，同时又对制革污泥进行脱氮处理；其三，发酵底物与基础发酵污泥进行干式厌氧发酵，秸秆作为生物质能源产生沼气，解决了秸秆随意丢弃造成的生态环境问题，并且实现了秸秆的清洁化生产；其四，发酵过程采用的主要设备是间歇厌氧发酵装置，能够实现恒温常压下的发酵，能耗低，同时排水集气法收集沼气，操作方便。本发明中涉及的技术，能够突破秸秆干式厌氧发酵的技术瓶颈，达到良好的产气效果。
下面对本发明方法进行详细描述，本发明方法包括以下步骤：
（1）基础发酵污泥的配制
在啤酒厂厌氧污泥中加入白腐菌配置基础发酵污泥，在常温下发酵8小时；
（2）发酵底物的配制
以基础发酵污泥的配制干重作为计量标准，将基础发酵污泥3～8份、秸秆30～50份、制革污泥1～3份、水100～200份混合形成发酵底物；
（3）生物气的收集
将发酵底物混合均匀后装入间歇式厌氧发酵装置，在常温下进行厌氧干式发酵，最后利用排水集气的方法收集生物气。
本发明方法中的物料配比关系见下表1：
表1（单位：干重份数）
Figure GDA00003560373400051
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法，其特征在于：在啤酒厂厌氧污泥中加入白腐菌后，在常温下发酵8小时，得基础发酵污泥；将基础发酵污泥、秸秆、制革污泥和水混合形成发酵底物；接着将发酵底物装入发酵装置在常温下进行厌氧干式发酵，最后收集发酵产生的生物气；所述白腐菌选自熊猫粪便和家畜粪便；所述基础发酵污泥的组分按照干重记为：熊猫粪便1～3份，家畜粪便20～50份，啤酒厂厌氧污泥50～70份。
2.如权利要求1所述的植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法，其特征在于：所述发酵装置选用间歇式厌氧发酵装置。
3.如权利要求1所述的植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法，其特征在于：收集生物气时采用排水集气的方法。
4.如权利要求1所述的植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法，其特征在于：所述发酵底物的组分以基础发酵污泥的配制干重作为计量标准，具体为：基础发酵污泥3～8份，秸秆30～50份，制革污泥1～3份、水100～200份。
5.如权利要求1所述的植物秸秆和制革污泥混合干式厌氧发酵制备生物气的方法，其特征在于：所述发酵底物中的碳氮比为30：1。
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