一种降解秸秆类原料厌氧发酵产沼气的方法与流程

本发明属于农村生态环境保护与农村可再生清洁能源利用领域，具体涉及一种降解秸秆类原料厌氧发酵产沼气的方法。

背景技术：

我国农作物秸秆资源丰富，理论资源量为8.2亿吨，可收集资源量约为6.87亿吨。由于其分布零散、体积蓬松、收集运输成本高、产业化程度低等特点，农作物秸秆出现了地区性、季节性、结构性过剩，大量秸秆被废弃焚烧。废弃及焚烧资源量为2.15亿吨，约占可收集资源量的1/3。剩余约1/3(2.11亿吨)作为饲料在反刍动物中使用，约1/3(2.61亿吨)作为燃料、肥料、种植基料及造纸等工业原料被利用。由此可见，农作物秸秆最主要的利用方式是作为饲料在反刍动物中使用。秸秆焚烧不仅导致雾霾天气，还是一种资源浪费。因此如何合理利用秸秆是一个有待解决的问题。反刍动物瘤胃是天然的高效快速降解秸秆粗纤维的场所，因此，将瘤胃微生物用于秸秆粗纤维降解产沼气是一个很好的途径，同时如何提高该途径的沼气产量也是需要解决的问题。

技术实现要素：

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种降解秸秆类原料厌氧发酵产沼气的方法。

技术方案：一种降解秸秆类原料厌氧发酵产沼气的方法，包括以下步骤：

1)将秸秆类原料切碎至0.3～0.8厘米的片段；

2)将切碎的片段加入到厌氧反应器中作为发酵物；

3)向厌氧反应器发酵物中加入发酵缓冲液，所述发酵物与发酵缓冲液重量体积比为1：45～90；

4)向厌氧反应器中接种接种物，所述发酵物与接种物的重量体积比为1：5～10，发酵物终浓度为1～2％；所述发酵物终浓度为质量体积比浓度；

5)向厌氧反应器中加入氨苄青霉素，使其终浓度为1800-2200u/ml，同时控制反应温度为38-40℃，发酵时间为48-72小时即得沼气。

其中，上述秸秆类原料为小麦秸秆或稻草秸秆。

其中，上述发酵缓冲液由基础培养基、缓冲液a、缓冲液b、无细胞瘤胃液、还原剂、氧化还原指示剂组成。

其中，上述步骤3)的发酵物发酵缓冲液为发酵物重量的60～80倍。

其中，上述步骤4)中的接种物为瘤胃内容物。本发明的瘤胃内容物来自反刍动物。本发明的反刍动物包括牛、羊等有瘤胃的动物。

其中，上述还原剂为l-半胱氨酸盐酸盐，所述氧化还原指示剂为0.1w/v％刃天青。

其中，上述步骤5)中的发酵反应温度为39℃，发酵时间为72小时。

有益效果：本发明相对于现有技术，具备如下优点：本发明的降解秸秆类原料厌氧发酵产沼气的方法可有效的提高秸秆类原料产气沼量55％-60％，且能提高其在累积产气量中的比例及单位秸秆类原料的沼气产量。具体优点如下：

1、工艺程序简单，可操作性强。

2、发酵缓冲液配置简单，原料易获得。

3、接种物易获取，接种量小。

4、该工艺大大提高了秸秆粗纤维降解产沼气的效率及比例。

附图说明

图1本发明的工艺流程图；

图2小麦秸秆发酵产沼气的产量图；

图3稻草秸秆发酵产沼气的产量图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1厌氧发酵小麦秸秆产沼气的研究

通过粉碎机将小麦秸秆粉碎为约0.5cm长度大小的片段；根据表1配方配制发酵缓冲液；配置氨苄青霉素母液；从反刍动物奶牛瘤胃中获取瘤胃内容物。将1g小麦秸秆片段与90ml发酵缓冲液混合后杀菌，加入氨苄青霉素使其终浓度为2000u/ml，加入10ml瘤胃内容物，39℃厌氧发酵72小时。对照组条件同上，不添加氨苄青霉素。发酵物质量体积比浓度为1％。

表1缓冲液配置表(1l)

发酵72h后，处理组显著提高小麦秸秆厌氧发酵体系甲烷产量，参见图2。图中虚线为处理组，实线为对照组。

通过将处理组和对照组进行比较，发现添加氨苄青霉素后，小麦秸秆组甲烷产量由27.7毫升提高到44.7毫升，提高了61.4％；甲烷占总气体的比例由14.2％升高到22.7％，提高了60％；每克干物质产甲烷的量也由47.6提高到74.9，提高了57.4％。结果参见表2。

表2

然后，我们通过实验研究比较了添加氨苄青霉素对厌氧发酵系统代谢的影响和对厌氧发酵系统甲烷菌群的影响。

我们发现，添加氨苄青霉素显著改变了厌氧发酵系统的发酵类型，从而改变其代谢产物。结果参见表3。表3中ns代表该指标没有检测到，即浓度低于检测下限。

表3

我们还发现，添加氨苄青霉素显著提高了厌氧发酵系统中甲烷菌的数量。结果参见表4。

表4

实施例2厌氧发酵稻草秸秆产沼气的研究

通过粉碎机将稻草秸秆粉碎为0.3cm长度大小的片段；将切碎的原料1g加入到厌氧反应器中作为发酵物；向厌氧反应器中加入45ml发酵缓冲液；向厌氧反应器中接种5ml发酵物的瘤胃内容物，所述瘤胃内容物取自反刍动物奶牛瘤胃；使发酵物终浓度为(质量体积比)2％；向厌氧反应器中加入氨苄青霉素，使其终浓度为1800u/ml；厌氧反应器厌氧发酵产沼气，反应温度为38℃；厌氧反应器厌氧发酵时间为72小时，上述设为处理组，对照组为不添加氨苄青霉素组。发酵72h后，处理组(虚线)显著提高稻草秸厌氧发酵体系甲烷产量，参见图3。

将处理组和对照组进行比较，发现添加氨苄青霉素后，稻草秸秆组甲烷产量由25.1毫升提高到40.6毫升，提高了61.8％；同时，甲烷占总气体的比例也由14.9％提高到24.0％，提高了61.1％；每克干物质产甲烷的量也由48.8提高到91.6，提高了87.7％，结果参见表5。

表5

我们接着通过实验研究比较了添加氨苄青霉素对厌氧发酵稻草秸秆代谢的影响和其中甲烷菌群的影响。

我们发现，添加氨苄青霉素显著改变了稻草秸秆厌氧发酵系统的发酵类型，从而改变其代谢产物。结果参见表6。表6中ns表示该物质没有检测到，即低于检测下限。

表6

我们还发现，添加氨苄青霉素显著提高了稻草秸秆厌氧发酵系统中甲烷菌的数量。结果参见表7。

表7